[發明專利]一種類巖石材料的快速凝結配比的篩選方法

有效

• 申請號: 201610220412.5
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN105881694B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 趙弘;趙毅鑫;吳婷婷;張毅然;張巖
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B33Y50/00;B33Y10/00
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司11127
• 代理人: 姚亮

1.一種類巖石材料的快速凝結配比的篩選方法，其包括以下步驟：

(1)按照3D打印技術對材料的一般要求選擇至少兩種材料作為待測材料；

(2)結合響應面法確定不同的實驗配比，即待測材料與水之間的比例，建立響應面分析模型，并按照不同的實驗配比將待測材料與水混合得到混合材料，分別進行3D打印實驗，得到不同實驗配比的混合材料的初凝時間、終凝時間的實測值；

運用響應曲面分析的方法進行擬合，得到待測材料在所述混合材料中的濃度與初凝時間、終凝時間的函數關系，進而得到初凝時間、終凝時間的預測值；

建立不同實驗配比的混合物的初凝時間、終凝時間的實驗值與預測值的正態分布圖、實驗分析方差圖、殘差與預測圖、預測與實際圖、預測與運行值圖以及待測材料的質量與水的體積之間的等高線圖、三維響應曲面圖；

通過實驗分析方差圖、擬合二次回歸方程、殘差圖、預測值圖、等高線圖、三維響應曲面圖，優化待測材料的質量以及水的體積的取值，使其響應值在相應的映射范圍內并輸出最小的響應值；

分析所述正態分布圖、實驗分析方差圖、殘差與預測圖、預測與實際圖、預測與運行值圖，并通過實驗得到初凝時間、終凝時間的實驗值，對所述實驗值進行響應面分析，得到回歸模型，并計算出初凝時間、終凝時間的理論值，并得到初凝時間、終凝時間的預測值與待測材料的質量、水的體積之間的函數關系以及待測材料的質量之間的相互函數關系；

(3)根據中心組合設計，結合步驟(2)中得到的結果，利用二次函數的擬合方程對初凝時間、終凝時間進行擬合，根據擬合結果得到待測材料與水的優化配比方案及相應的初凝時間、終凝時間、期望值；

(4)根據優化配比方案，選取等質量的待測材料和水再次進行3D打印實驗，得到優化配比方案的初凝時間、終凝時間的實驗值，并將實驗值與所述理論值進行比較，得到相對誤差，判斷擬合是否合理：若合理，選取其中初凝時間最短，期望最小，終凝時間合理的一組配比，用該比例配置出的混合材料即為類巖石材料3D打印的材料；

如果不合理，則重復步驟(3)，直到得到合理的擬合結果。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，在步驟(1)中，所述3D打印技術對材料的一般要求包括：

有利于快速、精確的加工原型零件；

快速成型制件應當接近最終要求，滿足對強度、剛度、耐潮濕性、熱穩定性能的要求；

有利于后續的處理工藝。

3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述正態分布圖為所述待測材料的學生化殘差與質量百分比的關系曲線，所述學生化殘差為橫坐標，所述質量百分比為縱坐標。

4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述殘差與預測圖為所述待測材料的預測值與學生化殘差的關系曲線，所述殘差為縱坐標，所述預測值為橫坐標。

5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述預測與實際圖為所述預測值與實際值的關系曲線，其中，所述預測值為縱坐標，所述實際值為橫坐標。

6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述預測與運行值圖為所述待測材料的學生化殘差與運行序號的關系曲線，所述學生化殘差為縱坐標，所述運行序號為橫坐標。

7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述步驟(2)和步驟(4)中的3D打印實驗按照以下步驟進行：

按照實驗配比稱取各種待測材料和水；

將待測材料與水混合，得到混合材料；

將混合材料填入3D打印機的擠出裝置，邊填入邊攪拌，防止類巖石類材料凝結；

將裝好混合材料的擠出裝置固定在3D打印機上，啟動打印的減速電機，將混合材料從擠出裝置中擠壓出來，并在底盤上進行加熱處理，加速類巖石材料的凝結速度，使之快速成型，完成實驗，在成型過程中，采集混合材料的擠出速度、底盤的加熱溫度、初凝時間、終凝時間。

8.一種類巖石材料3D打印材料，其是按照權利要求1-7任一項所述的方法得到的配比制備的，該材料包括石膏、水泥、水，三者的比例為9.35g：5g：6.12mL。