[發明專利]基于CT掃描透明透水混凝土試件3D打印方法

有效

• 申請號: 201710064241.6
• 申請日: 2017-02-04
• 公開（公告）號: CN106827545B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 張炯;馬國棟;明瑞平;李莉;崔新壯;劉彩
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;B33Y50/00;G06T7/10;G06T7/136;G06T17/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種基于CT掃描透明透水混凝土試件3D打印方法，采集透水混凝土試塊，將其進行CT掃描，生成二維切片圖，對二維切片圖進行灰度處理，利用不同的灰度級別表征不同顏色的分布，并進行濾波和降噪處理；根據處理后的二維圖片，利用三維可視化技術進行三維模型重構；根據體素和圖片的數量相乘進行計算需要的試塊模型的尺寸，依照計算的尺寸對重構的三維模型進行裁剪；將裁剪后的模型采用二值化分割，提取骨料結構，將得到的透水混凝土骨料模型利用3D打印技術，逐層打印透水混凝土試件。本發明將原始透水混凝土試件通過CT掃描、3D建模、3D打印技術最終生成透明的透水混凝土材料，對于研究透水混凝土的堵塞機理和過程十分有幫助。

技術領域

本發明具體涉及一種基于CT掃描透明透水混凝土試件3D打印方法。

背景技術

目前海綿城市建設中大量使用了透水路面，包括透水混凝土、透水磚以及透水瀝青等材料，相關的實驗如透水混凝土泥沙堵塞過程中孔隙率的測量等原位測試比較麻煩，通過CT掃描結合3D建模3D打印可以快速進行透水材料相關物理參數包括孔隙率、滲透性等的測試和實驗，解決工程實際應用中的問題。

傳統的透水混凝土制備過程要先確定透水混凝土的水灰比，骨灰比等參數，在攪拌機中先加入粗骨料和一半的水，等骨料表面被濕潤后再加入水泥和水機械攪拌，最后機械振搗20s成型，在模具中進行養護。然而由于混凝土粗骨料材料不透明，而孔隙結構又是隨機分布的，有可聯通的孔隙，也有不聯通的孔隙，如何深入對其內部的孔隙結構和孔隙堵塞機理進行微觀研究和觀察就成為困擾研究人員的一大難題。

如果利用3D打印新材料將試件制作成透明的，則可以方便的觀察到泥沙在透水混凝土中堵塞的過程，研究堵塞的機理。

3D打印混凝土技術目前可以利用水泥，砂子，水，添加劑等原材料打印出透水混凝土試塊，但是成本高，技術困難，其成型的透水混凝土產品強度，抗壓抗折力學性能與傳統攪拌澆筑工藝生產的透水混凝土試塊相比，有一定的差異。

發明內容

本發明為了解決上述問題，提出了一種基于CT掃描透明透水混凝土試件3D打印方法，本發明能夠將原始透水混凝土試件通過CT掃描，3D建模，3D打印技術最終生成透明的透水混凝土材料，對于研究透水混凝土的堵塞機理和過程十分有效。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于CT掃描透明透水混凝土試件3D打印方法，包括以下步驟：

(1)采集透水混凝土試塊，將其進行CT掃描，生成二維切片圖；

(2)對二維切片圖進行灰度處理，利用不同的灰度級別表征不同顏色的分布，并進行濾波和降噪處理；

(3)根據處理后的二維切片圖，利用三維可視化技術進行三維模型重構；

(4)根據體素和圖片的數量相乘進行計算需要的試塊模型的尺寸，依照計算的尺寸對重構的三維模型進行裁剪；

(5)將裁剪后的模型采用二值化分割，提取骨料結構，將得到的透水混凝土骨料模型利用3D打印技術，逐層打印透水混凝土試件。

所述步驟(1)中，海綿城市施工過程的實驗路段，采集透水混凝土試塊，將其在干燥條件下進行CT掃描。

優選的，為使建立的透水混凝土模型比較合適，采集圓柱體透水混凝土試塊。

進一步的，圓柱體透水混凝土試塊的尺寸為高度15-30cm高，直徑8-15cm。進一步的，CT掃描利用x射線三維顯微鏡進行，選擇旋轉掃描方式，得到CT掃描產生的二維切片圖。

所述步驟(2)中，掃描的圖片在灰度模式下即用256級灰度來表示顏色的分布，對切片進行濾波降噪處理。

所述步驟(2)中，采用中值濾波方法進行濾波。