CN111890532B - 一种高精度渗透成像转印混凝土专用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度渗透成像转印混凝土专用装置，包括模具和控制组件，所述模具包括金属导电垫板、两个绝缘壁板、P型半导体材料壁板和N型半导体材料壁板和金属导电面板，所述金属导电垫板位于底部，两个绝缘壁板、P型半导体材料壁板和N型半导体材料壁板固定于金属导电垫板的四周，其中两个绝缘壁板相对布置，P型半导体材料壁板和N型半导体材料壁板相对布置；所述金属导电面板设于四个壁板的顶部；所述控制组件包括电池模块、温度传感器、温度显示及电源控制模块。本发明的有益效果为：所述专用装置通过帕帖尔效应实现渗透成像混凝土上下部热量的转移，将上部热量转移至下部，加速下部反应进程，确保形成稳定且分辨率高的图案。

Description

一种高精度渗透成像转印混凝土专用装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种高精度渗透成像转印混凝土专用装置及方法。

背景技术

随着人类对建筑物审美需求的不断提升，混凝土作为世界上最大宗的建筑材料，其艺术表现形式也显得愈发的重要，尤其是图案混凝土制作技术。现阶段图案混凝土技术中较为成熟的有两种：1、负向缓凝转印混凝土技术，该技术主要是将具有缓凝作用的组分添加到转印油墨中，在混凝土成型过程中，缓凝组分的添加使得转印混凝土表面产生凝结时间差，最后通过冲洗的方式洗掉未凝结的部分进而得到所需的图案。该技术原理简单，成像成功率较高，但由于冲洗过程需要洗去图案上的砂浆，其分辨率存在先天的局限性，高分辨率的渗透结晶转印也随之成为了开发研究的特点。2、渗透结晶转印技术，该技术主要是添加具有促进水泥水化结晶的硅酸钠到转印油墨中，在混凝土成型过程中，带有硅酸钠的油墨向混凝土表面渗透并促进水化结晶，先凝结的部分颜色较深，且随着油墨量的变化颜色深度也层次不一。相比于负向缓凝成像，渗透结晶成像由于不需要冲洗过程，成像后最大分辨率取决于原画分辨率，图像精确度得到了质的提升。

然而，渗透结晶转印水化进程的控制极为困难，尤其是在早期水化结晶进程中，硅酸钠在作用于有图案部分快速结晶后，未水化部分仍需要大量时间成型，用于水化过程的自由水会反过来影响已成型图案，进而产生大量水渍。除此之外，较长的反应时间也会使得硅酸钠结晶向四周扩散，导致图案清晰不明、成型效果差，图案的成品成功率不足5％。

因此，有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的主要目的在于，针对现有技术存在的缺陷，提供一种成型效果好、成品率高的高精度渗透成像转印混凝土专用装置及方法。

本发明采用的技术方案为：一种高精度渗透成像转印混凝土专用装置，包括模具和控制组件，所述模具包括金属导电垫板、两个绝缘壁板、P型半导体材料壁板和N型半导体材料壁板和金属导电面板，所述金属导电垫板位于底部，两个绝缘壁板、P型半导体材料壁板和N型半导体材料壁板固定于金属导电垫板的四周，其中两个绝缘壁板相对布置，P型半导体材料壁板和N型半导体材料壁板相对布置；所述金属导电面板设于四个壁板的顶部；金属导电垫板、四个壁板和金属导电面板围合形成浇筑腔；所述控制组件包括电池模块、温度传感器、温度显示及电源控制模块，所述电池模块通过导线分别与金属导电面板相连和温度显示及电源控制模块相连，利用外设的单片机控制电流流向；所述温度传感器设于金属导电面板上，温度传感器通过导线与温度显示及电源控制模块相连。

按上述方案，所述金属导电面板为分体式结构，其包括左右两个分面板；左右两个分面板之间通过中部的绝缘带相连，绝缘带的底面与左右两个分面板的底面平齐；所述控制组件固定于绝缘带上。

按上述方案，所述模具还包括有与金属导电垫板相适配的绝缘框体，金属导电垫板固定于绝缘框体的下部；所述绝缘框体的上端面四周开设有与各壁板适配的承插槽口，各壁板的下部插入承插槽口内。

按上述方案，所述金属导电面板采用轻质导电合金材料制作，金属导电面板的厚度为1～2mm。

按上述方案，所述金属导电垫板选用普通金属铜材料制作，厚度为1～2mm。

按上述方案，绝缘带和两个绝缘壁板均选用聚四氟乙烯材料制作，厚度为1～2mm。

按上述方案，所述绝缘框体为固定卡箍结构，采用聚四氟乙烯材料制作，其高度及厚度5～8mm。

本发明还公开了一种高精度渗透成像转印混凝土的方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、提供如上所述的专用装置各配件，并将前后绝缘壁板、P型半导体材料壁板、N型半导体材料壁板及金属导电垫板固定在绝缘框体上；

步骤二、将带有转印图案的转印纸裁剪成与金属导电垫板表面同尺寸，平铺于金属导电垫板上，浇筑搅拌均匀的水泥砂浆；

步骤三、盖上金属导电面板，启动电源模块；

步骤四、控制电流流向P型半导体材料壁板，金属导电垫板升温，金属导电面板降温，图案面快速结晶；

步骤五、反应至少1h后，电流自动切换，电流流向N型半导体材料壁板，金属导电垫板降温，金属导电面板升温，混凝土内水分流向上层用于水化反应，混凝土快速成型；

步骤六、反应至少5h后电源自动断开，断电至少1h后拆除模具，即可获得高精度渗透成像混凝土。

按上述方案，当金属导电面板的表面温度低于5℃、高于55℃时将自动断电。

本发明的有益效果为：

1、本发明所述专用装置通过帕帖尔效应实现渗透成像混凝土上下部(图案侧及非图案侧)热量的转移，将上部热量转移至下部，加速下部反应进程，确保形成稳定且分辨率高的图案。

2、在成型后期，自动改变电流流向，将下部热量转移至上部，促进上部成型过程，使得自由水游离至上部，防止水渍的产生。

3、使用温度传感器及控制模块控制电流的启停及流向，防止上部及底部温差过大产生的开裂现象，保证了成型效果，提高成品率。

4、本发明所述专用装置结构简单，易拆装，可重复利用，可调节各参数如温度、电流转向时间、自动停止时间等；且可自由设计图案尺寸，装置稳定性及适应性极强，适用于批量生产。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2为图1的前视图。

图3为图1的局部左视图。

其中：1、金属导电面板；2、绝缘带；3、电池模块；4、温度感应器；5、温度显示及电源控制模块；6、绝缘壁板；7、绝缘框体；8、P型半导体材料壁板；9、金属导电垫板；10、N型半导体材料壁板。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1～3所示的一种高精度渗透成像转印混凝土专用装置，包括模具和控制组件，所述模具包括金属导电垫板9、两个绝缘壁板6、P型半导体材料壁板8和N型半导体材料壁板10和金属导电面板1，所述金属导电垫板9位于底部，两个绝缘壁板6、P型半导体材料壁板8和N型半导体材料壁板10固定于金属导电垫板9的四周，其中两个绝缘壁板6相对布置，P型半导体材料壁板8和N型半导体材料壁板10相对布置；所述金属导电面板1设于四个壁板的顶部；金属导电垫板9、四个壁板和金属导电面板1围合形成浇筑腔，金属导电面板、P型P型半导体材料壁板8、N型半导体材料壁板10和金属导电垫板9是否依次接触形成回路；所述控制组件包括电池模块3、温度传感器、温度显示及电源控制模块5，所述电池模块3通过导线分别与金属导电面板1相连和温度显示及电源控制模块5相连，利用外设的单片机控制电流流向；所述温度传感器设于金属导电面板1上，温度传感器通过导线与温度显示及电源控制模块5相连。

优选地，所述金属导电面板1为分体式结构，其包括左右两个分面板；左右两个分面板之间通过中部的绝缘带2相连，绝缘带2的底面与左右两个分面板的底面平齐；所述控制组件固定于绝缘带2上。

优选地，所述模具还包括有与金属导电垫板9相适配的绝缘框体7，金属导电垫板9固定于绝缘框体7的下部；所述绝缘框体7的上端面四周开设有与各壁板适配的承插槽口，各壁板的下部插入承插槽口内。

本发明中，各组件具体如下：

金属导电面板1采用轻质导电合金材料制作，可优选铝锌合金；金属导电面板1的厚度为1～2mm。金属导电垫板9选用普通金属铜材料制作，厚度为1～2mm。绝缘带2和两个绝缘壁板6均选用聚四氟乙烯材料制作，厚度为1～2mm。电池模块3置于绝缘带2内部，且通过导线与金属导电面板1连接。温度显示及电源控制模块5设置于绝缘带2内部，且通过PLC控制电流流向。绝缘框体7为固定卡箍结构，采用聚四氟乙烯材料制作，其高度及厚度5～8mm。所述P型半导体材料壁板8可选用P型半导体材料中的一种或两种混合制作，N型半导体材料壁板10可选用N型半导体材料中的一种或两种混合制作。

本发明的具体安装及使用过程具体包括以下步骤：

步骤一、将前后绝缘壁板6、P型半导体材料壁板8、N型半导体材料壁板10及金属导电垫板9固定在绝缘框体7上；

步骤二、将带有转印图案的转印纸裁剪成与金属导电垫板9表面同尺寸，平铺于金属导电垫板9上，浇筑搅拌均匀的水泥砂浆；

步骤三、盖上金属导电面板1，启动电源模块；

步骤四、控制电流流向P型半导体材料壁板8，金属导电垫板9升温，上导电金属面板降温，图案面(也即金属导电垫板9侧)快速结晶；

步骤五、反应至少1h后(具体与生产工艺及原材料情况有关)，电流自动切换，电流流向N型半导体材料壁板10，金属导电垫板9降温，金属导电面板1升温，混凝土内水分流向上层用于水化反应，混凝土快速成型；

步骤六、反应至少5h后电源自动断开，断电至少1h后拆除模具，即可获得高精度渗透成像混凝土。

在上述成型过程中，当金属导电面板1的表面温度低于5℃、高于55℃时，电池模块3将自动断电。

本发明中，各过程时间均与具体生产工艺和原材料性质有关。

本发明的工作原理为：在转印混凝土成像前期，将成像混凝土上部区域的热量通过帕帖尔效应转移到成像混凝土下部图案成型区域，升温促进下部有图案部分快速结晶成型，形成稳定的深色图案，并降低上部温度，使得上部仍保持未凝固状态，持有更多的水分子；在混凝土成像后期，改变电流流向，将底部热量转移到上部，促进上部快速水化，水化需要的自由水也会游离至上部，进而防止后期水渍的产生；此外，通过温度传感器能够控制上部最高温度及最低温度，避免过大温差产生收缩应力导致的开裂现象。

实施例1：金属导电面板1选用铝锌合金，面板厚度为1mm，尺寸为210mm×300mm，金属导电垫板9选用普通金属铜，厚度为1mm；绝缘带2及两个绝缘壁板6选用聚四氟乙烯材料，厚度为1～2mm；电池模块3置于绝缘带2内部，且有导线与金属导电面板1连接；温度显示及电源控住模块设置于绝缘带2内部，且使用PLC控制电流流向；绝缘框体7选用聚四氟乙烯材料，高度及厚度均为6mm；P型半导体材料壁板8选用砷掺杂P型半导体材料制作；N型半导体材料壁板10选用硼掺杂N型半导体材料制作。

该装置的使用方法为：将两个绝缘壁板6、P型半导体材料壁板8、N型半导体材料壁板10及金属导电垫板9固定在绝缘框体7中；将带有转印图案的转印纸裁剪与金属导电面板1表面同尺寸，平铺于金属导电垫板9上，浇筑以搅拌均匀的水泥砂浆，水泥砂浆的配比为水泥2000g、砂1000g、水600g、外加剂40g及消泡剂0.5g；盖上上面板，启动电源；反应1h后，电流自动切换，电流流向N型半导体材料壁板10，金属导电垫板9降温，金属导电面板1升温，混凝土内水分流向上层用于水化反应，混凝土快速成型；反应6h后电源自动断开，1h后拆除模具，即可获得高精度渗透成像混凝土。上述过程中，当温度降低至表面温度降低至5℃、高于55℃时将自动断电

实施例2：其他配置及操作均与实施例一相同，除反应时间；本实施例中，反应1.5h后电流自动切换，反应5.5h后电源自动断开。

实施例3：其他配置及操作均与实施例一相同，除水泥砂浆的配比；本实施例中，水泥砂浆的配比为水泥2000g、砂1000g、水700g、外加剂25g及消泡剂0.5g

实施例4：其他配置及操作均与实施例一相同，除自动断电条件：本实施例中，温度降低至表面温度降低至10℃、高于45℃时将自动断电。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的限定，本发明领域的技术人员根据上述内容做所的任何变更、修饰均属于权利要求书保护范围。

Claims (9)

1.一种高精度渗透成像转印混凝土专用装置，其特征在于，包括模具和控制组件，所述模具包括金属导电垫板、两个绝缘壁板、P型半导体材料壁板和N型半导体材料壁板和金属导电面板，所述金属导电垫板位于底部，两个绝缘壁板、P型半导体材料壁板和N型半导体材料壁板固定于金属导电垫板的四周，其中两个绝缘壁板相对布置，P型半导体材料壁板和N型半导体材料壁板相对布置；所述金属导电面板设于四个壁板的顶部；金属导电垫板、四个壁板和金属导电面板围合形成浇筑腔；所述控制组件包括电池模块、温度传感器、温度显示及电源控制模块，所述电池模块通过导线分别与金属导电面板相连和温度显示及电源控制模块相连，利用外设的单片机控制电流流向；所述温度传感器设于金属导电面板上，温度传感器通过导线与温度显示及电源控制模块相连。

2.如权利要求1所述的高精度渗透成像转印混凝土专用装置，其特征在于，所述金属导电面板为分体式结构，其包括左右两个分面板；左右两个分面板之间通过中部的绝缘带相连，绝缘带的底面与左右两个分面板的底面平齐；所述控制组件固定于绝缘带上。

3.如权利要求1所述的高精度渗透成像转印混凝土专用装置，其特征在于，所述模具还包括有与金属导电垫板相适配的绝缘框体，金属导电垫板固定于绝缘框体的下部；所述绝缘框体的上端面四周开设有与各壁板适配的承插槽口，各壁板的下部插入承插槽口内。

4.如权利要求1所述的高精度渗透成像转印混凝土专用装置，其特征在于，所述金属导电面板采用轻质导电合金材料制作，金属导电面板的厚度为1～2mm。

5.如权利要求1所述的高精度渗透成像转印混凝土专用装置，其特征在于，所述金属导电垫板选用普通金属铜材料制作，厚度为1～2mm。

6.如权利要求2所述的高精度渗透成像转印混凝土专用装置，其特征在于，绝缘带和两个绝缘壁板均选用聚四氟乙烯材料制作，厚度为1～2mm。

7.如权利要求3所述的高精度渗透成像转印混凝土专用装置，其特征在于，所述绝缘框体为固定卡箍结构，采用聚四氟乙烯材料制作，其高度及厚度均为5～8mm。

8.一种高精度渗透成像转印混凝土的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、提供如权利要求1所述的专用装置各配件，并将前后绝缘壁板、P型半导体材料壁板、N型半导体材料壁板及金属导电垫板固定在绝缘框体上；

步骤二、将带有转印图案的转印纸裁剪成与金属导电垫板表面同尺寸，平铺于金属导电垫板上，浇筑搅拌均匀的水泥砂浆；

步骤三、盖上金属导电面板，启动电源模块；

步骤四、控制电流流向P型半导体材料壁板，金属导电垫板升温，金属导电面板降温，图案面快速结晶；

步骤五、反应至少1h后，电流自动切换，电流流向N型半导体材料壁板，金属导电垫板降温，金属导电面板升温，混凝土内水分流向上层用于水化反应，混凝土快速成型；

步骤六、反应至少5h后电源自动断开，断电至少1h后拆除模具，即可获得高精度渗透成像混凝土。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，当金属导电面板的表面温度低于5℃、高于55℃时将自动断电。

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