一种3D打印抗冲击井盖的制作方法

一种3d打印抗冲击井盖
技术领域
1.本实用新型涉及一种市政井盖，具体涉及一种3d打印抗冲击井盖。


背景技术：

2.目前，市政道路中所用的井盖主要采用单一的铸铁或混凝土等材料制成，这些材料制成的井盖存在抗冲击效果差、生产养护时间长、生产效率低等缺点；此外利用这些材料制造井盖的过程均为减材制造或等材制造，在加工和装饰过程中不可避免地产生原材料的浪费。
3.3d打印技术也称增材制造，由于其具有减材制造和等材制造所不具备的高效独特智能化设计和加工的特点，已被广泛应用于航空航天和机械制造等诸多领域。近些年，3d打印技术在建筑智能制造领域也逐渐发挥其高效智能建造的技术优势，不断有新的建筑产品通过3d打印技术生产出来。特别是对于一些个性化需要的小品建筑和制品，3d打印技术具有十分广阔的应用前景。但目前在市政方面，3d打印技术还未广泛应用。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种抗冲击效果好、生产效率高、节约原材料、无需模板制造的3d打印抗冲击井盖。
5.本实用新型的3d打印抗冲击井盖所采用的技术方案是：本实用新型的3d打印抗冲击井盖包括正抗冲击单元、侧抗冲击单元和内抗冲击单元，所述正抗冲击单元位于所述抗冲击井盖的上下部，所述侧抗冲击单元位于所述抗冲击井盖的侧部，所述内抗冲击单元密闭于所述抗冲击井盖的内部，且填充满所述正抗冲击单元与所述侧抗冲击单元之间的空间，所述正抗冲击单元、所述侧抗冲击单元和所述内抗冲击单元均由复合减振材料构成，且通过3d打印机逐层打印成型，所述抗冲击井盖整体呈扁圆柱状。
6.所述正抗冲击单元由两个相同形状的球缺构成，两个所述球缺的底面分别形成所述抗冲击井盖的顶面和底面，两个所述球缺的球冠对称设置。
7.所述侧抗冲击单元的形状是由一段圆弧及连接其两端点的线段绕所述抗冲击井盖的轴线一圈形成的环形柱体，所述线段绕所述抗冲击井盖的轴心一圈形成所述抗冲击井盖的侧面。
8.所述正抗冲击单元、所述侧抗冲击单元和所述内抗冲击单元所采用的复合减振材料包括3d打印材料及纤维材料，所述3d打印材料包括胶凝材料、细骨料、工程弃土，所述纤维材料与所述3d打印材料的质量百分比为0.4～0.8％，所述细骨料的粒径≤0.6mm，所述细骨料的含水率为25～35％，所述工程弃土的含水率为75～85％。
9.所述正抗冲击单元的抗压强度比所述侧抗冲击单元及所述内抗冲击单元的抗压强度均高出10mpa以上。
10.所述正抗冲击单元及所述侧抗冲击单元的抗弯强度均比所述内抗冲击单元的抗弯强度高出5mpa以上。
11.所述3d打印机的喷嘴直径根据所述抗冲击井盖的尺寸进行选择。
12.本实用新型的有益效果是：由于本实用新型的3d打印抗冲击井盖包括正抗冲击单元、侧抗冲击单元和内抗冲击单元，所述正抗冲击单元位于所述抗冲击井盖的上下部，所述侧抗冲击单元位于所述抗冲击井盖的侧部，所述内抗冲击单元密闭于所述抗冲击井盖的内部，且填充满所述正抗冲击单元与所述侧抗冲击单元之间的空间，所述正抗冲击单元、所述侧抗冲击单元和所述内抗冲击单元均由复合减振材料构成，且通过3d打印机逐层打印成型，所述抗冲击井盖整体呈扁圆柱状；本实用新型克服了现有技术的缺陷和不足，采用3d打印技术进行特定要求抗冲击井盖的制造，有效将抗冲击结构和减振材料结合，使得抗冲击效果明显，所用3d打印材料无需模板支撑，生产效率高，所用3d打印材料具有快凝早强等特点，不需要进行长时间养护和维护，而且打印后的抗冲击井盖表面易于处理和再美化，有效降低了现有技术订制抗冲击井盖的加工和维护成本，同时解决了现有技术在加工过程中原材料浪费的技术难题，具有十分明显的经济效益；故本实用新型的3d打印抗冲击井盖抗冲击效果好，生产效率高，节约原材料，无需模板制造。
附图说明
13.图1是本实用新型实施例的3d打印抗冲击井盖的纵剖面结构示意图。
具体实施方式
14.如图1所示，本实施例的3d打印抗冲击井盖包括正抗冲击单元1、侧抗冲击单元2和内抗冲击单元3，所述正抗冲击单元1位于所述抗冲击井盖的上下部，所述侧抗冲击单元2位于所述抗冲击井盖的侧部，所述内抗冲击单元3密闭于所述抗冲击井盖的内部，且填充满所述正抗冲击单元1与所述侧抗冲击单元2之间的空间，因此，所述3d打印抗冲击井盖是一个实心密闭结构，所述正抗冲击单元1、所述侧抗冲击单元2和所述内抗冲击单元3均由复合减振材料构成，且通过3d打印机逐层打印成型，所述抗冲击井盖整体呈扁圆柱状，既是轴对称也是中心对称结构；具体的，所述正抗冲击单元1由两个相同形状的球缺10构成，两个所述球缺10的底面分别形成所述抗冲击井盖的顶面和底面，两个所述球缺10的球冠对称设置；所述侧抗冲击单元2的形状是由一段圆弧20及连接其两端点的线段21绕所述抗冲击井盖的轴线一圈形成的环形柱体，所述线段绕21所述抗冲击井盖的轴心一圈形成所述抗冲击井盖的侧面。
15.所述正抗冲击单元1、所述侧抗冲击单元2和所述内抗冲击单元3所采用的复合减振材料包括3d打印材料及纤维材料，所述3d打印材料包括胶凝材料、细骨料、工程弃土，所述纤维材料与所述3d打印材料的质量百分比为0.4～0.8％，所述胶凝材料为普通硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、镁水泥中的一种或几种，所述纤维材料为高聚合物纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的一种或几种，所述细骨料的粒径≤0.6mm，所述细骨料的含水率为25～35％，所述工程弃土的含水率为75～85％。
16.本实施例通过利用3d打印技术，有效发挥了抗冲击结构和减振材料有效结合的技术优势，增强了井盖的抗冲击效果，一方面能够防止井盖自身损坏，另一方面能够降低汽车碾压后的噪音，由于噪音主要来自于井盖的振动，故井盖在汽车碾压后不振动就基本上避免了因井盖引起的噪音；同时充分发挥了所用普通硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、硫铝酸盐
水泥、镁水泥抗压强度高、快凝早强的优点，具有成型快、制造成本低和在成型过程中无原材料浪费等优点，还使得抗冲击井盖的造型更加美观。此外，还可以根据使用要求，设计和打印结构更复杂的抗冲击井盖，并且在生产抗冲击井盖过程中无噪音污染和高温等危险，还可以对打印后未终凝的抗冲击井盖进行表面处理，十分有利于不同使用要求的抗冲击井盖进行定制化加工。
17.本实施例的3d打印抗冲击井盖的制造方法包括以下步骤：
18.(1)在3d打印机上绘制所述抗冲击井盖的三维图形，本实施例设计为制造如果1所示的圆形井盖，其直径为700mm，厚度为60mm；
19.(2)配制3d打印材料及复合减振材料，具体的，根据28d抗压强度大于60mpa、28d抗弯强度大于15mpa和28d抗冲击力大于1500n
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m的要求，配制3d打印材料及复合减振材料(按重量计)白色硅酸盐水泥10份、硫铝酸盐水泥15份、镁水泥100份、工程弃土100份、砂子100份、3mm的聚合物纤维1份、5mm的碳纤维1份；
20.(3)根据三维图形，利用配制好的复合减振材料，通过3d打印机进行3d打印成型所述抗冲击井盖，其中，所述3d打印机的喷嘴直径根据所述抗冲击井盖的尺寸进行选择，本实施例中，喷嘴直径为10mm，3d打印机设置初凝时间和终凝时间分别为105min和115min，流动度为70mm，在70min内完成全部打印；
21.(4)对3d打印成型的所述抗冲击井盖进行室内空气自然养护。
22.采用本实施例的制造方法后，各部分结构强度达到如下技术指标：所述正抗冲击单元1的抗压强度比所述侧抗冲击单元2及所述内抗冲击单元3的抗压强度均高出10mpa以上，所述正抗冲击单元1及所述侧抗冲击单元2的抗弯强度均比所述内抗冲击单元3的抗弯强度高出5mpa以上，通过试验取得的具体数据为：所述正抗冲击单元1的3d和28d抗压强度分别为46.5mpa和72.6mpa，所述侧抗冲击单元2和所述内抗冲击单元3的3d和28d抗压强度分别为38.9mpa和61.4mpa；所述正抗冲击单元1的3d和28d三点抗弯强度分别为19.3mpa和22.8mpa，所述侧抗冲击单元2的3d和28d三点抗弯强度分别为12.1mpa和16.3mpa，所述3d打印抗冲击井盖的3d和28d抗冲击力分别为1700n
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m和2600n
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m。
23.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并非是对本实用新型保护范围的限制。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。
24.本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
25.本实用新型克服了现有技术的缺陷和不足，采用3d打印技术进行特定要求抗冲击井盖的制造，有效将抗冲击结构和减振材料结合，使得抗冲击效果明显，所用3d打印材料无需模板支撑，生产效率高，所用3d打印材料具有快凝早强等特点，不需要进行长时间养护和维护，而且打印后的抗冲击井盖表面易于处理和再美化，有效降低了现有技术订制抗冲击井盖的加工和维护成本，同时解决了现有技术在加工过程中原材料浪费的技术难题，具有十分明显的经济效益；因此本实用新型的3d打印抗冲击井盖抗冲击效果好，生产效率高，节约原材料，无需模板制造。
26.本实用新型可广泛应用于市政井盖领域。