[發明專利]一種基于圖像處理和3D打印制作弱膠結砂巖模型的方法

在審

• 申請號: 201811340485.3
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109397689A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 何翔;潘汝江;汪舒宏;李欣;伍娜娜
• 申請（專利權）人: 武漢輕工大學
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/386;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 董曉盈

本發明公開了一種基于圖像處理和3D打印制作弱膠結砂巖模型的方法，包括：步驟1：掃描弱膠結砂巖巖樣，獲得巖樣的數字圖像；步驟2：對數字圖像進行圖像處理，獲得三維網絡模型；步驟3：采用3D打印方法打印三維網絡模型，獲得弱膠結砂巖模型。本發明的基于數字圖像處理技術和3D打印技術制作弱膠結砂巖模型的方法，在不使用模具和工具的條件下能夠還原出天然巖體的內部結構信息，通過數字圖像處理、三維重構和3D打印技術可以得到巖體真實的內部復雜結構信息，能夠直觀顯示和準確表征巖體的內部孔隙結構，還可以完成弱膠結砂巖模型的重復制作，為研究弱膠結砂巖力學性質和分布等研究提供一種參考方法。

技術領域

本發明屬于砂巖模型制作技術領域，更具體地，涉及一種基于圖像處理和3D打印制作弱膠結砂巖模型的方法。

背景技術

巖體具有天然的裂隙結構以及流體在巖體中的運動狀態異常復雜，如何定量分析巖體復雜的內部結構和物理力學特性一直是巖土、礦業、地質等領域高度關注的問題。

在實驗室時研究巖體的物理、力學和化學特性時，所選巖樣來自同一場地或者不同場地，但即使來自于同一場地的巖樣由于地質條件和取樣等因素，其性質相差較大，同時由于巖樣的低可重復性率增大了實驗的誤差。關于巖體內部結構與裂隙、滲流等問題，雖然科學家和工程師們已經開展了大量的研究，但巖體內部的孔隙結構、喉道分布和巖石骨架等，對于研究人員來說仍然是很模糊的，現有的方法和技術很難直觀顯示和準確表征巖體的內部孔隙結構。

為此，特別需要一種巖石模型制作方法能夠直觀顯示和準確表征巖體的內部孔隙結構。

發明內容

本發明的目的是提出一種能夠直觀顯示和準確表征巖體的內部孔隙結構的基于圖像處理和3D打印制作弱膠結砂巖模型的方法。

為了實現上述目的，本發明提供基于圖像處理和3D打印制作弱膠結砂巖模型的方法，包括：

步驟1：掃描弱膠結砂巖巖樣，獲得所述巖樣的數字圖像；

步驟2：對所述數字圖像進行圖像處理，獲得三維網絡模型；

步驟3：采用3D打印方法打印所述三維網絡模型，獲得弱膠結砂巖模型。

優選的，采用CT掃描方法掃描所述弱膠結砂巖巖樣，獲得所述巖樣的數字圖像。

優選的，所述步驟2包括：步驟201：將所述數字圖像轉換為位圖格式，并對轉換后的數字圖像進行去噪和圖像邊緣切割；步驟202：基于切割后的數字圖像識別巖石骨架，基于所述巖石骨架提取初始三維網絡模型；步驟203：優化所述初始三維網絡模型以及減小模型幾何誤差，并導出數字文件；步驟204：針對所述數字文件進行模型檢測、修復和平滑處理，獲得所述三維網絡模型。

優選的，在所述步驟202中，通過MIMICS軟件，調整圖片的對比度，設置巖石骨架的HU范圍，切割數字圖像的邊緣部分，去除像素中的漂浮物質，獲得巖石骨架。

優選的，采用Marching Cubes算法提取所述初始三維網絡模型。

優選的，通過3-matic軟件優化所述初始三維網絡模型以及減小模型幾何誤差。

優選的，所述數字文件為STL格式。

優選的，所述步驟3包括：步驟301：對所述三維網絡模型進行切層，獲得多個等值面；步驟302：3D打印機的輸送管將液體打印材料和支撐打印材料輸送到并行打印頭上；步驟303：并行打印頭根據所述等值面將所述液體打印材料和支撐打印材料分別鋪設在工作平臺上；步驟304：紫外線燈照射工作平臺，使所述液體打印材料和支撐打印材料強化凝固；步驟305：將所述并行打印頭提升一層的高度；步驟306：重復執行步驟302-步驟305，直至整個弱膠結砂巖模型制作完成。

優選的，還包括對所述弱膠結砂巖模型進行后期處理。