一種基于3d打印技術(shù)制作巖石層理結(jié)構(gòu)模型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)，具體涉及一種基于3D打印技術(shù)制作巖石層理結(jié)構(gòu)模型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在小批量的制作中，需要定制模具，造成成本的增加、流程的復(fù)雜化和加工周期的延長(zhǎng)，傳統(tǒng)的模型制造技術(shù)利用去除制造的工藝，模型內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造不能依靠傳統(tǒng)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。3D打印技術(shù)具有精度高、成型快的優(yōu)點(diǎn)，避免了上述問題;基于添加制造的工藝，準(zhǔn)確打印巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在模型制造方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)制造工藝。
[0003]熔融沉積(FDM)技術(shù)又叫做熔絲成型，采用熱塑性材料，噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)產(chǎn)品零件的截面輪廓信息，作X-Y平面運(yùn)動(dòng);熱塑性絲材在噴頭被加熱熔化成半液態(tài)，有選擇性地涂覆在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層薄片輪廓，一層截面成型完成后工作臺(tái)下降一定高度，再進(jìn)行下一層的涂覆。相比其他技術(shù)，基于FDM技術(shù)的3D打印機(jī)發(fā)展成熟，不需要激光器的支持，成本低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決傳統(tǒng)模型制造工藝不能滿足準(zhǔn)確制作巖石模型內(nèi)部缺陷、表征不同密度、組成顆粒、顆粒巖石定向排列的復(fù)雜構(gòu)造，并且制作模型周期長(zhǎng)、成本高的問題而提供了一種基于3D打印技術(shù)制作巖石層理結(jié)構(gòu)模型方法，為巖石層理結(jié)構(gòu)模型的開發(fā)研究提供思路，實(shí)現(xiàn)利用3D打印技術(shù)對(duì)巖石層理結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型的分巖層快速制作，將代表不同密度、不同組成顆粒、不同顆粒排列方式的巖層集成到一個(gè)模型中，準(zhǔn)確打印出巖層內(nèi)部存在的缺陷，并且可以根據(jù)研究需要對(duì)需要模擬的巖石原型做出調(diào)整，降低小數(shù)量制作模型的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0006]一種基于3D打印技術(shù)制作巖石層理結(jié)構(gòu)模型的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟I)使用CAD軟件設(shè)計(jì)N個(gè)同種性質(zhì)的巖層三維模型；
[0008]步驟2)將得到的三維模型保存為STL格式并進(jìn)行分層處理；
[0009]步驟3)數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)并選擇N種打印參數(shù)和打印原料；
[0010]步驟4)3D打印機(jī)連續(xù)打印N個(gè)模型，控制軟件根據(jù)分層信息，控制打印機(jī)噴頭熔化材料，逐點(diǎn)噴涂完成一層的打印，打印機(jī)控制軟件控制z軸上升，繼續(xù)后面打印層的固化直至模型完成。
[0011]在上述的技術(shù)方案中，所述性質(zhì)是巖石層理結(jié)構(gòu)的中沉積物質(zhì)的種類、顆粒排布方式、顆粒大小和沉積密度。
[0012]在上述的技術(shù)方案中，所述巖層三維模型，包含巖層內(nèi)部缺陷、顆粒以及巖層基體;巖層底層巖層模型的下表面是水平的，第n+1個(gè)模型的上表面與第η個(gè)模型的下表面完全一致，其中，η是大于I的整數(shù)，代表N個(gè)巖層從下到上的編號(hào)。
[0013]在上述的技術(shù)方案中，所述的N個(gè)三維模型分層處理，包含以下步驟:步驟I)底層巖層選定原點(diǎn);步驟2)依據(jù)底層巖層模型選定的XYZ軸原點(diǎn)選定第n+1個(gè)巖層模型的原點(diǎn)。
[0014]在上述的技術(shù)方案中，所述第n+1個(gè)巖層模型的原點(diǎn)的選定的依據(jù)是X、Y軸原點(diǎn)坐標(biāo)與第η個(gè)巖層模型的Χ、Υ軸坐標(biāo)值一致，Z軸原點(diǎn)坐標(biāo)與第η個(gè)巖層模型X = O且Y = O時(shí)的Z軸坐標(biāo)最大值相等。
[0015]在上述的技術(shù)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結(jié)合使用，相鄰巖層選用不同顏色的材料。
[0016]在上述的技術(shù)方案中，所述打印參數(shù)是每層的打印厚度、填充密度、打印速度以及支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置;打印層度和填充密度根據(jù)所打印的巖石層理的密度設(shè)置，選擇不打印支撐結(jié)構(gòu)，打印速度優(yōu)選打印機(jī)能夠使用的最低速度。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:為巖石層理結(jié)構(gòu)模型的開發(fā)研究提供思路，實(shí)現(xiàn)利用3D打印技術(shù)對(duì)巖石層理結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型的分巖層快速制作，將代表不同密度、不同組成顆粒、不同顆粒排列方式的巖層集成到一個(gè)模型中，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確打印出巖層內(nèi)部存在的缺陷，確保模型具有代表性，并且可以根據(jù)研究需要對(duì)需要模擬的巖石原型做出調(diào)整，降低小批量制作模型的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明提供的基于3D打印技術(shù)制作巖石層理結(jié)構(gòu)模型方法流程圖；
[0019]圖2是本發(fā)明提供的方法步驟I中巖層模型設(shè)計(jì)的實(shí)施流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0021]參見圖1所示，一種基于3D打印技術(shù)制作巖石層理結(jié)構(gòu)模型方法，在使用本發(fā)明時(shí)包含以下步驟:
[0022]步驟I):使用CAD軟件設(shè)計(jì)5個(gè)巖層三維模型代表相鄰的同種性質(zhì)的巖層。設(shè)計(jì)巖層模型時(shí)根據(jù)按照后續(xù)研究需要設(shè)計(jì)巖層的截面形狀，巖層內(nèi)部和表面上的諸如孔隙、裂縫等的各種缺陷，以及巖層內(nèi)部的代表性顆粒，顆粒的分布情況和排列方式。使用CAD軟件設(shè)計(jì)5個(gè)巖層三維模型時(shí)，最底層巖層模型的下表面是水平的，第2個(gè)模型的上表面與第2個(gè)模型的下表面完全一致，第3個(gè)模型的上表面與第4個(gè)模型的下表面完全一致，第4個(gè)模型的上表面與第5個(gè)模型的下表面完全一致。
[0023]步驟2):將得到的三維模型進(jìn)行分層處理，得到分層數(shù)據(jù)保存為STL格式;在對(duì)5個(gè)三維模型進(jìn)行分層處理時(shí)，底層巖層模型的原點(diǎn)選定后，在選定第2個(gè)巖層模型的XYZ軸的原點(diǎn)時(shí)，滿足Χ、Υ軸原點(diǎn)坐標(biāo)與第I個(gè)巖層模型的Χ、Υ軸坐標(biāo)值一致，Z軸原點(diǎn)坐標(biāo)與第I個(gè)巖層模型X=O且Y=O時(shí)的Z軸坐標(biāo)最大值相等，同樣的，在選定第3個(gè)巖層模型的XYZ軸的原點(diǎn)時(shí)，滿足Χ、Υ軸原點(diǎn)坐標(biāo)與第2個(gè)巖層模型的Χ、Υ軸坐標(biāo)值一致，Z軸原點(diǎn)坐標(biāo)與第2個(gè)巖層模型Z軸坐標(biāo)最大值相等，其他巖層以此類推。
[0024]步驟3):將分層數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)并選擇5種打印參數(shù)和打印原料。打印材料是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，N個(gè)模型顏色各不相同；致密巖層模型的打印層厚選擇打印機(jī)能設(shè)置的最小厚度，疏松巖層則選擇較大打印層厚，填充密度根據(jù)所打印的巖石層理的密度設(shè)置，在80%?90%，打印速度優(yōu)選打印機(jī)的最低速度，5個(gè)模型選擇的打印層厚和填充密度遞減。
[0025]步驟5): 3D打印機(jī)連續(xù)打印5個(gè)模型。控制軟件根據(jù)分層信息，控制打印機(jī)噴頭熔化材料，逐點(diǎn)噴涂完成一層的打印，打印機(jī)控制軟件控制z軸上升，繼續(xù)后面打印層的固化直至模型完成。
[0026]本實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)將代表不同密度的5個(gè)層理結(jié)構(gòu)的巖石層按密度梯度集成到一個(gè)模型中，節(jié)約并且準(zhǔn)確快速的制作梯度密度層理結(jié)構(gòu)模型。
[0027]本發(fā)明是基于現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，故實(shí)施過程中借鑒了現(xiàn)有技術(shù)，限于篇幅，未對(duì)現(xiàn)有技術(shù)部分進(jìn)行詳細(xì)描述;凡是本發(fā)明未提及的技術(shù)部分，均可以采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于3D打印技術(shù)制作巖石層理結(jié)構(gòu)模型方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟I)使用CAD軟件設(shè)計(jì)N個(gè)不同性質(zhì)的巖層三維模型；步驟2)將得到的三維模型保存為STL格式并進(jìn)行分層處理;步驟3)數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)并選擇N種打印參數(shù)和打印原料;步驟4)3D打印機(jī)連續(xù)打印N個(gè)模型，打印機(jī)控制軟件根據(jù)分層信息，控制打印機(jī)噴頭熔化材料，逐點(diǎn)噴涂完成一層的打印，打印機(jī)控制軟件控制z軸上升，繼續(xù)另一打印層的固化直至模型完成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同性質(zhì)的巖層是巖石層理結(jié)構(gòu)的中沉積物質(zhì)的種類不同的巖層、顆粒排布方式不同的巖層、顆粒大小不同和沉積密度不同的石ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述巖層三維模型，包含巖層內(nèi)部缺陷、顆粒以及巖層基體;底層巖層模型的下表面是水平的，第n+1個(gè)模型的上表面與第η個(gè)模型的下表面完全一致，其中，η是大于I的整數(shù)，代表N個(gè)巖層從下到上的編號(hào)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的N個(gè)三維模型分層處理，包含以下步驟:步驟I)底層巖層選定原點(diǎn)；步驟2)依據(jù)底層巖層模型選定的XYZ軸原點(diǎn)選定第n+1個(gè)巖層模型的原點(diǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第n+1個(gè)巖層模型的原點(diǎn)的選定的依據(jù)是X、Y軸原點(diǎn)坐標(biāo)與第η個(gè)巖層模型的X、Y軸坐標(biāo)值一致，Z軸原點(diǎn)坐標(biāo)與第η個(gè)巖層模型X=O且Y = O時(shí)的Z軸坐標(biāo)最大值相等。6.根據(jù)權(quán)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結(jié)合使用，相鄰巖層選用不同顏色的材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述打印參數(shù)是每層的打印厚度、填充密度、打印速度以及支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置;打印層度和填充密度根據(jù)所打印的巖石層理的密度設(shè)置，選擇不打印支撐結(jié)構(gòu)，打印速度優(yōu)選打印機(jī)能夠使用的最低速度。
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于3D打印技術(shù)制作巖石層理結(jié)構(gòu)模型方法，包括以下步驟：使用CAD軟件設(shè)計(jì)N個(gè)同種性質(zhì)的巖層三維模型；將得到的三維模型進(jìn)行分層處理，并保存為STL格式；數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)并選擇N種打印參數(shù)和打印原料；3D打印機(jī)連續(xù)打印N個(gè)模型，控制軟件根據(jù)分層信息控制打印機(jī)噴頭熔化材料，逐點(diǎn)噴涂完成一層的打印，打印機(jī)控制軟件控制平臺(tái)沿z軸上升，繼續(xù)后面打印層的固化直至模型完成。本方法利用3D打印技術(shù)對(duì)巖石層理結(jié)構(gòu)進(jìn)行模型的分巖層快速制作，將代表不同密度、組成顆粒、顆粒排列方式的巖層集成到一個(gè)模型中，并準(zhǔn)確打印出巖層內(nèi)部存在的缺陷，并且可根據(jù)研究需要對(duì)巖石原型做出調(diào)整，降低小數(shù)量定制模型的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。
【IPC分類】B29C67/00, B33Y10/00
【公開號(hào)】CN105599300
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610012272
【發(fā)明人】趙昆, 管麗梅, 王金, 詹洪磊
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年1月8日