[發(fā)明專利]一種基于3D打印技術(shù)的透明巖體制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610297492.4
• 申請日: 2016-05-06
• 公開（公告）號: CN105904573B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李輝;孔綱強;孟珍珠;彭懷風
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B33Y10/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 黃天天

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種3D打印技術(shù)，具體的涉及一種基于3D打印技術(shù)的透明巖體制作方法，主要適用于巖石力學模型試驗試樣制備技術(shù)領(lǐng)域。

研究背景

巖體模型試驗是研究巖體內(nèi)部變形規(guī)律和機理的重要手段，對探索巖土工程問題的本質(zhì)具有重要意義。傳統(tǒng)的巖體試驗技術(shù)中，人工制作的模擬天然巖體，由于受材料等因素限制而強度相對較低，同時測量元器件易受外界環(huán)境干擾，存在測量結(jié)果不夠準確、不能獲得連續(xù)位移場的問題。聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展解決了巖體內(nèi)部裂縫無法觀測的問題，通過連續(xù)監(jiān)測巖體內(nèi)部發(fā)生破裂和破裂面間的摩擦滑動產(chǎn)生的超聲波信息，分析得到巖體內(nèi)部微裂紋的動態(tài)演變和巖體變形、破壞的微觀機制；但是該方法仍未能實現(xiàn)巖體內(nèi)部裂紋的可視化觀測，且試驗結(jié)果精度受試驗噪音的影響較大。計算機層析掃描(CT掃描)、核磁共振成像技術(shù)(MRI)等試驗方法，雖然可以切片式觀察內(nèi)部裂紋，但是由于受儀器空間限制而無法有效觀測整體立體模型，也因其昂貴的費用限制了這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用。近年來，相關(guān)學者利用透明的固體顆粒材料和與之折射率相匹配的孔隙液體制配成了飽和透明土，并結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)實現(xiàn)了土體內(nèi)部變形的可視化觀測，同時其費用低廉，操作簡便；利用透明材料制配透明巖石以研究相關(guān)巖石力學問題也有了一定的應(yīng)用。

在本發(fā)明專利之前，中國發(fā)明專利“便于預(yù)置內(nèi)置裂隙的非飽和樹脂脆性材料及制備試件方法”(專利號：ZL200810016784.1)，公開了一種利用不飽和聚酯樹脂材料、過氧化甲乙酮和乙辛酸鈷制備成的混合溶液在降溫后凝固脫模制備透明巖體的技術(shù)方法；申請中國發(fā)明專利“高脆性透明類巖石材料試件制備方法”(申請?zhí)枺?01410036721.8)，公開了一種利用CY-39型樹脂和YS-T31型固化劑混配，然后恒溫養(yǎng)護制備透明巖體的技術(shù)方法。這兩種技術(shù)方法制備的透明巖石具有脆性好、透明度高、易于成型的特點；但是其材料所采用的原材料都主要是非飽和樹脂，與天然巖體在材料上存在明顯的差異。學術(shù)論文“李元海，林志斌.透明巖體相似物理模擬試驗新方法研究[J].巖土工程學報，2015，37(11):2030-2039.”，公開了一種利用硅粉、液體石蠟以及正十三烷在模型槽中制配軟巖的技術(shù)方法；申請中國發(fā)明專利“天然硅石材料在制作透明巖石和透明巖體中的應(yīng)用”(申請?zhí)枺?01410747627.3)，公開了一種利用天然硅石材料在高溫下煅燒融化，然后在模具中自然冷卻制備透明巖石的技術(shù)方法，該技術(shù)方法制備透明巖石具有材料來源廣泛、透明度高、均勻性好、性質(zhì)與天然巖石或巖體相似性高的特點；但是利用模具澆筑的方法存在制模麻煩、制作復雜形狀困難以及澆筑過程中無法精確控制內(nèi)部裂縫或者布置構(gòu)建物等問題。

因此，針對目前透明巖石或巖體模型制作方法中存在的不足與缺陷，結(jié)合3D打印技術(shù)和熔融石英砂顆粒材料，開發(fā)一種可以制作不規(guī)則形狀的透明巖體、且在巖體內(nèi)部精確布置三維裂縫或節(jié)理、隧道、空洞等構(gòu)建物的技術(shù)方案，顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于克服上述不足和缺陷，解決常規(guī)透明巖(石)體模型制備過程中，無法制作不規(guī)則復雜形狀、無法精確布置內(nèi)部三維裂縫或布置隧道、空洞等構(gòu)建物的問題，提出一種基于3D打印技術(shù)的透明巖體制作方法，通過3D打印技術(shù)，精確制作不規(guī)則形狀的透明巖體，不僅可以在透明巖體內(nèi)部精確布置三維裂縫或節(jié)理，而且可以在透明巖體內(nèi)部精確布置隧道、空洞等構(gòu)建物。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出一種基于3D打印技術(shù)的透明巖體制作方法包括如下步驟：

(1)制備熔融漿液：對天然硅石材料依次進行篩選、熔融、破碎、酸洗以及水洗工藝步驟，挑選得到粒徑在2～3mm之間的高純度石英顆粒，將石英顆粒放入高溫燒結(jié)爐中，在1600℃～2000℃下煅燒12～24小時得到熔融狀態(tài)的漿液；

(2)設(shè)計透明巖體三維模型：參照真實物理模型，利用計算機3D建模軟件，建立縮尺的含三維裂隙或節(jié)理或構(gòu)建物的不規(guī)則形狀透明巖體三維模型；所述的透明巖體三維模型包括透明巖體的整體輪廓以及透明巖體內(nèi)部裂紋或節(jié)理的長度、走向和寬度；所述的構(gòu)建物為不同走向、長度以及截面形狀尺寸的隧道或周圍含裂縫的隧道或1～2條交叉隧道或含有溶洞的不規(guī)則形狀地基；