[发明专利]一种水泥基材料3D打印动态特性在线测试方法

权利要求书

1.一种水泥基材料3D打印动态特性在线测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建水泥基材料3D打印动态特性在线测试平台，测试贯穿3D打印的全工艺链条，所述的水泥基材料3D打印动态特性在线测试平台包括由下至上依次设置的设备层、采集层、数据层、表示层和功能层，所述的采集层用以在线实时获取在3D打印过程中的打印工艺参数，所述的数据层和表示层用以获取打印工艺参数的动态数据曲线，所述的功能层用以根据打印工艺参数评价水泥基材料的可打印性，设备层包括搅拌系统、泵送系统、CNC控制系统、供料管道及挤出打印系统；

2)在线实时采集在3D打印过程中的打印工艺参数；

3)建立水泥基材料3D打印动态特性预测模型，评价水泥基材料3D打印质量，即水泥基材料的可打印性。

2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料3D打印动态特性在线测试方法，其特征在于，所述的采集层包括设置在搅拌系统搅拌轴处的第一扭矩传感器T1、设置在泵送系统螺杆轴处的第二扭矩传感器T2、设置在挤出打印系统挤出螺杆轴处的第三扭矩传感器T3、设置在供料管道始末两端的第一压力传感器P1和第二压力传感器P2、设置在泵送系统与供料管道连接口处的第一流量计Q1、设置在打印挤出头处的第二流量计Q2和TOF传感器。

3.根据权利要求2所述的一种水泥基材料3D打印动态特性在线测试方法，其特征在于，所述的步骤3)中，水泥基材料的可打印性包括可泵送性、可挤出性和可建造性三项指标，所述的可泵送性为新拌水泥基材料采用泵送的方式通过管道，保持不发生堵塞或泌水现象的能力，所述的可挤出性为新拌水泥基材料采用螺旋挤出方式通过挤出口，挤出来的条状水泥基材料保持均匀连续，不发生撕裂或者断裂的情况的能力，所述的可建造性为新拌水泥基材料挤出成型后，在承受自重以及上部覆盖层的压力后，维持自身形状的能力。

4.根据权利要求3所述的一种水泥基材料3D打印动态特性在线测试方法，其特征在于，所述的可泵送性通过水平设置的供料管道内水泥基材料的泵送屈服剪切应力来表征，该泵送屈服剪切应力由实时检测的水泥基材料在水平设置的供料管道内的流速v和两端压力差ΔP得到，具体为：

其中，S为水平设置的供料管道内水泥基材料圆柱体单元的横截面积，V为该水泥基材料圆柱体单元的体积，t为时间，η₁为材料泵送粘度系数，τ₁为泵送屈服剪切应力，r、l为圆柱体水泥基材料单元的半径和长度，当时，水泥基材料会在管道内流动，满足可泵送性要求，水泥基材料的泵送屈服应力越小，表明水泥基材料的可泵性越好。

5.根据权利要求3所述的一种水泥基材料3D打印动态特性在线测试方法，其特征在于，所述的可挤出性通过料仓搅拌过程中水泥基材料的搅拌屈服剪切应力来表征，该搅拌屈服剪切应力由实时检测的搅拌电机转速ω和实际扭矩T得到，具体为：

其中，K为设备系数，n为搅拌叶片的个数，a为搅拌叶片的宽度，η₂为材料搅拌粘度系数，β为搅拌叶片的螺旋角度，R_a、R_b分别为搅拌叶片上下两端距离搅拌中心轴的距离，τ₂为搅拌屈服剪切应力，即拌水泥基材料能否产生塑性变形主要指标，当搅拌中心轴作用而产生的剪切应力τ＜τ₂时，则不会发生流动；当τ＞τ₂时，则会发生流动，满足可挤出性要求，水泥基材料的搅拌屈服应力越小，表明水泥基材料的挤出性越好。