一种基于3D打印技术的透明岩体制作方法

摘要

本发明所述的一种基于3D打印技术的透明岩体制作方法，通过3D打印技术，将熔融状态的石英砂材料打印制作成复杂的透明岩体三维模型，用于岩体模型试验；本发明技术方案可以精确制作不规则形状的透明岩体，不仅可以在透明岩体内部精确布置三维裂缝或节理，而且可以在透明岩体内部精确布置隧道、空洞等构建物，且所选用的天然硅石材料制备的透明岩体透明度高、均匀性好、试样性质与天然岩体相似度高。

主权项

一种基于3D打印技术的透明岩体制作方法，其技术特征在于，包括以下步骤：(1)制备熔融浆液：对天然硅石材料依次进行筛选、熔融、破碎、酸洗以及水洗工艺步骤，挑选得到粒径在2～3mm之间的高纯度石英颗粒，将石英颗粒放入高温烧结炉中，在1600℃～2000℃下煅烧12～24小时得到熔融状态的浆液；(2)设计透明岩体三维模型：参照真实物理模型，利用计算机3D建模软件，建立缩尺的含三维裂隙或节理或构建物的不规则形状透明岩体三维模型；所述的透明岩体三维模型包括透明岩体的整体轮廓以及透明岩体内部裂纹或节理的长度、走向和宽度；所述的构建物为不同走向、长度以及截面形状尺寸的隧道或周围含裂缝的隧道或1～2条交叉隧道或含有溶洞的不规则形状地基；(3)搭建3D打印装置：3D打印装置包括计算机控制系统、制作承台、模型槽、移动系统、打印系统以及熔融系统，所述计算机控制系统包括计算机和数据线，计算机通过数据线与移动系统、打印系统以及熔融系统相连接；所述制作承台用于支撑所述模型槽；所述移动系统用于将打印装置精确定位在预打印位置的上方；所述熔融系统由熔融装置和浆液输送管组成，所述熔融装置为多组高温烧结炉，所述熔融装置通过数据线与计算机相连，所述计算机可以控制熔融装置内的温度；同时所述熔融装置通过浆液输送管与浆液储备槽相连，从而向浆液储备槽输送浆液；所述打印系统由浆液储备槽、打印喷头以及冷却装置组成，浆液储备槽通过浆液输送管与熔融装置相连接，所述打印喷头和冷却装置并排设置于所述浆液储备槽的下方；(4)打印透明岩体：将绘制得到的透明岩体三维模型转化为三维坐标，根据三维坐标调整熔融装置与模型槽的相对位置、通过控制移动系统将打印装置精确定位在预打印位置的上方；定位完成后，熔融装置通过浆液输送管将熔融石英砂浆液输送至浆液储备槽；浆液储备槽下方的打印喷头将熔融石英砂浆液喷射到预打印的位置，打印喷头旁边的冷却装置及时将喷射完成的熔融石英砂浆液冷却凝固；打印完成后控制移动系统，将打印装置精确定位在另一处预打印位置的上方，重复上述步骤；打印至节理或裂缝的地方，采用熔融装置中另一组高温烧结炉向浆液储备槽供给彩色石英浆液或彩色黏土或硅藻土或陶瓷布进行打印；重复以上步骤，直至打印完成；(5)养护成型：打印施工完成后，在室温条件下冷却成型得到透明岩体。