一种基于3d打印技术制作岩石层理结构模型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及3D打印技术，具体涉及一种基于3D打印技术制作岩石层理结构模型方法。
【背景技术】
[0002]在小批量的制作中，需要定制模具，造成成本的增加、流程的复杂化和加工周期的延长，传统的模型制造技术利用去除制造的工艺，模型内部复杂结构的制造不能依靠传统的技术手段实现。3D打印技术具有精度高、成型快的优点，避免了上述问题;基于添加制造的工艺，准确打印岩石的内部结构，在模型制造方面明显优于传统制造工艺。
[0003]熔融沉积(FDM)技术又叫做熔丝成型，采用热塑性材料，喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动;热塑性丝材在喷头被加热熔化成半液态，有选择性地涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层薄片轮廓，一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的涂覆。相比其他技术，基于FDM技术的3D打印机发展成熟，不需要激光器的支持，成本低。
【发明内容】
[0004]本发明为解决传统模型制造工艺不能满足准确制作岩石模型内部缺陷、表征不同密度、组成颗粒、颗粒岩石定向排列的复杂构造，并且制作模型周期长、成本高的问题而提供了一种基于3D打印技术制作岩石层理结构模型方法，为岩石层理结构模型的开发研究提供思路，实现利用3D打印技术对岩石层理结构进行模型的分岩层快速制作，将代表不同密度、不同组成颗粒、不同颗粒排列方式的岩层集成到一个模型中，准确打印出岩层内部存在的缺陷，并且可以根据研究需要对需要模拟的岩石原型做出调整，降低小数量制作模型的时间和经济成本。
[0005]本发明通过以下技术手段来实现上述目的:
[0006]一种基于3D打印技术制作岩石层理结构模型的方法，包括以下步骤:
[0007]步骤I)使用CAD软件设计N个同种性质的岩层三维模型；
[0008]步骤2)将得到的三维模型保存为STL格式并进行分层处理；
[0009]步骤3)数据传输至计算机并选择N种打印参数和打印原料；
[0010]步骤4)3D打印机连续打印N个模型，控制软件根据分层信息，控制打印机喷头熔化材料，逐点喷涂完成一层的打印，打印机控制软件控制z轴上升，继续后面打印层的固化直至模型完成。
[0011]在上述的技术方案中，所述性质是岩石层理结构的中沉积物质的种类、颗粒排布方式、颗粒大小和沉积密度。
[0012]在上述的技术方案中，所述岩层三维模型，包含岩层内部缺陷、颗粒以及岩层基体;岩层底层岩层模型的下表面是水平的，第n+1个模型的上表面与第η个模型的下表面完全一致，其中，η是大于I的整数，代表N个岩层从下到上的编号。
[0013]在上述的技术方案中，所述的N个三维模型分层处理，包含以下步骤:步骤I)底层岩层选定原点;步骤2)依据底层岩层模型选定的XYZ轴原点选定第n+1个岩层模型的原点。
[0014]在上述的技术方案中，所述第n+1个岩层模型的原点的选定的依据是X、Y轴原点坐标与第η个岩层模型的Χ、Υ轴坐标值一致，Z轴原点坐标与第η个岩层模型X = O且Y = O时的Z轴坐标最大值相等。
[0015]在上述的技术方案中，所述材料是是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，或是聚酰胺-6，或是聚碳酸酯，或是聚乳酸或是以上材料的结合使用，相邻岩层选用不同颜色的材料。
[0016]在上述的技术方案中，所述打印参数是每层的打印厚度、填充密度、打印速度以及支撑结构的设置;打印层度和填充密度根据所打印的岩石层理的密度设置，选择不打印支撑结构，打印速度优选打印机能够使用的最低速度。
[0017]本发明的有益效果在于:为岩石层理结构模型的开发研究提供思路，实现利用3D打印技术对岩石层理结构进行模型的分岩层快速制作，将代表不同密度、不同组成颗粒、不同颗粒排列方式的岩层集成到一个模型中，实现准确打印出岩层内部存在的缺陷，确保模型具有代表性，并且可以根据研究需要对需要模拟的岩石原型做出调整，降低小批量制作模型的时间和经济成本。
【附图说明】
[0018]图1是本发明提供的基于3D打印技术制作岩石层理结构模型方法流程图；
[0019]图2是本发明提供的方法步骤I中岩层模型设计的实施流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合本发明的附图，对本发明中的技术方案进行详细的描述。
[0021]参见图1所示，一种基于3D打印技术制作岩石层理结构模型方法，在使用本发明时包含以下步骤:
[0022]步骤I):使用CAD软件设计5个岩层三维模型代表相邻的同种性质的岩层。设计岩层模型时根据按照后续研究需要设计岩层的截面形状，岩层内部和表面上的诸如孔隙、裂缝等的各种缺陷，以及岩层内部的代表性颗粒，颗粒的分布情况和排列方式。使用CAD软件设计5个岩层三维模型时，最底层岩层模型的下表面是水平的，第2个模型的上表面与第2个模型的下表面完全一致，第3个模型的上表面与第4个模型的下表面完全一致，第4个模型的上表面与第5个模型的下表面完全一致。
[0023]步骤2):将得到的三维模型进行分层处理，得到分层数据保存为STL格式;在对5个三维模型进行分层处理时，底层岩层模型的原点选定后，在选定第2个岩层模型的XYZ轴的原点时，满足Χ、Υ轴原点坐标与第I个岩层模型的Χ、Υ轴坐标值一致，Z轴原点坐标与第I个岩层模型X=O且Y=O时的Z轴坐标最大值相等，同样的，在选定第3个岩层模型的XYZ轴的原点时，满足Χ、Υ轴原点坐标与第2个岩层模型的Χ、Υ轴坐标值一致，Z轴原点坐标与第2个岩层模型Z轴坐标最大值相等，其他岩层以此类推。
[0024]步骤3):将分层数据传输至计算机并选择5种打印参数和打印原料。打印材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，N个模型颜色各不相同；致密岩层模型的打印层厚选择打印机能设置的最小厚度，疏松岩层则选择较大打印层厚，填充密度根据所打印的岩石层理的密度设置，在80%?90%，打印速度优选打印机的最低速度，5个模型选择的打印层厚和填充密度递减。
[0025]步骤5): 3D打印机连续打印5个模型。控制软件根据分层信息，控制打印机喷头熔化材料，逐点喷涂完成一层的打印，打印机控制软件控制z轴上升，继续后面打印层的固化直至模型完成。
[0026]本实施例可以实现将代表不同密度的5个层理结构的岩石层按密度梯度集成到一个模型中，节约并且准确快速的制作梯度密度层理结构模型。
[0027]本发明是基于现有技术进行了改进，故实施过程中借鉴了现有技术，限于篇幅，未对现有技术部分进行详细描述;凡是本发明未提及的技术部分，均可以采用现有技术实现。
[0028]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡在本发明的精神和原则之内，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于3D打印技术制作岩石层理结构模型方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤I)使用CAD软件设计N个不同性质的岩层三维模型；步骤2)将得到的三维模型保存为STL格式并进行分层处理;步骤3)数据传输至计算机并选择N种打印参数和打印原料;步骤4)3D打印机连续打印N个模型，打印机控制软件根据分层信息，控制打印机喷头熔化材料，逐点喷涂完成一层的打印，打印机控制软件控制z轴上升，继续另一打印层的固化直至模型完成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同性质的岩层是岩石层理结构的中沉积物质的种类不同的岩层、颗粒排布方式不同的岩层、颗粒大小不同和沉积密度不同的石ο3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩层三维模型，包含岩层内部缺陷、颗粒以及岩层基体;底层岩层模型的下表面是水平的，第n+1个模型的上表面与第η个模型的下表面完全一致，其中，η是大于I的整数，代表N个岩层从下到上的编号。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的N个三维模型分层处理，包含以下步骤:步骤I)底层岩层选定原点；步骤2)依据底层岩层模型选定的XYZ轴原点选定第n+1个岩层模型的原点。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第n+1个岩层模型的原点的选定的依据是X、Y轴原点坐标与第η个岩层模型的X、Y轴坐标值一致，Z轴原点坐标与第η个岩层模型X=O且Y = O时的Z轴坐标最大值相等。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料是是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，或是聚酰胺-6，或是聚碳酸酯，或是聚乳酸或是以上材料的结合使用，相邻岩层选用不同颜色的材料。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述打印参数是每层的打印厚度、填充密度、打印速度以及支撑结构的设置;打印层度和填充密度根据所打印的岩石层理的密度设置，选择不打印支撑结构，打印速度优选打印机能够使用的最低速度。
【专利摘要】本发明是一种基于3D打印技术制作岩石层理结构模型方法，包括以下步骤：使用CAD软件设计N个同种性质的岩层三维模型；将得到的三维模型进行分层处理，并保存为STL格式；数据传输至计算机并选择N种打印参数和打印原料；3D打印机连续打印N个模型，控制软件根据分层信息控制打印机喷头熔化材料，逐点喷涂完成一层的打印，打印机控制软件控制平台沿z轴上升，继续后面打印层的固化直至模型完成。本方法利用3D打印技术对岩石层理结构进行模型的分岩层快速制作，将代表不同密度、组成颗粒、颗粒排列方式的岩层集成到一个模型中，并准确打印出岩层内部存在的缺陷，并且可根据研究需要对岩石原型做出调整，降低小数量定制模型的时间和经济成本。
【IPC分类】B29C67/00, B33Y10/00
【公开号】CN105599300
【申请号】CN201610012272
【发明人】赵昆, 管丽梅, 王金, 詹洪磊
【申请人】中国石油大学(北京)
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月8日