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专利号: 2015102578881
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用3D打印制作含特定几何特征结构面的节理试样方法,其特征是:该节理岩体类岩试样的制备方法包括:结构面设计及模具打印、制样盒与模具的组装、浇筑相似材料和拆模及试样养护;首先根据研究需要自行设计结构面或通过表面轮廓扫描技术获取实际岩体结构面形貌;在三维绘图软件中将设计结构面穿过完整圆柱体模型后,通过布尔运算获得分割得到的两部分互补试块模型,利用3D打印机将两部分试块模型分别打印成型;将打印模具分别置于两个制样盒中并组装完成,向制样盒中浇筑相似材料,待其凝固成型后拆模养护;将两部分试块正确组合得到含有设计结构面的标准试样;

对于结构面设计,根据研究需要自行设计不同粗糙度的结构面,或者通过表面轮廓扫描技术获得实际工程岩体结构面形貌;通过三维绘图软件建立被设计结构面切割形成的两部分试块模型,并通过3D打印机打印成形;

在制样过程中,打印模具所受到的力不大,所以打印模具强度要求不需要很高,适当减小模具打印的充填率以节约打印时间和打印材料;

在制样盒与模具的组装前,在其接触相似材料试样的面上涂抹薄层凡士林或黄油,以减小浇筑相似材料时侧壁的摩擦且便于后续拆模;

如需要使结构面分割形成的两部分试块间具有一定粘结力,则可以使用已凝固成型的一部分试块代替打印模具,采用相同步骤浇筑另一部分试块,如此得到的两部分试块间会存在一定的粘结力。

2.根据权利要求1所述的利用3D打印制作含特定几何特征结构面的节理试样方法,其特征是:所述的结构面设计及模具打印:依据传统室内单轴试验与三轴试验所采用的标准试样尺寸,将目标试样设计为直径50mm,高度100mm的圆柱体;根据研究对象粗糙度的特点,设计结构面的起伏形态,或者利用表面轮廓扫描技术获取既有裂隙岩体结构面起伏形态;

通过三维绘图软件绘制设计尺寸的完整圆柱体,再将设计结构面以一定位置及角度穿过圆柱体,通过布尔运算分别得到圆柱体被分割后形成的两个独立部分,将它们分别导出为后缀为“.STL”格式的模型文件;将后缀为“.STL”格式的模型文件导入3D打印机配套软件中,选择0.1mm或者更高精度,用3D打印机分别将两部分打印出来形成两块互补的模具,该尺寸试样的打印时间约为2h。

3.根据权利要求1所述的利用3D打印制作含特定几何特征结构面的节理试样方法,其特征是:所述的制样盒与模具的组装:制样盒包括一块底板、一块顶板、两块侧模板和两套螺栓;在制样盒组装前,先在顶底板、侧模板和打印模具接触试样的面上抹上薄层凡士林,以便于减小浇筑相似材料时侧壁的摩擦并且便于后续拆模;组装制样盒与模具:首先,底板平置,将一块侧模板立于底板上;然后把打印模具的一块紧贴侧模板置于底板上,将另一块侧模板同样安置于底板上并与第一块侧模板合上,将螺栓穿过侧模板上的固定耳并拧紧螺母;同样,将另一块打印模具置于制样盒中组装好。

4.根据权利要求1所述的利用3D打印制作含特定几何特征结构面的节理试样方法,其特征是:所述的浇筑相似材料:将配置好的相似材料一层一层填置于制样盒中,并置于振动台上充分振捣;振捣完毕后将表面抹平并装上顶板。

5.根据权利要求1所述的利用3D打印制作含特定几何特征结构面的节理试样方法,其特征是:所述的拆模及试样养护:浇筑完成24h左右后,相似材料凝固成型,可进行模具拆卸;首先,将侧模板上的螺母外旋松动螺栓,取下顶板;随后拧开螺母,卸下螺栓,稍微倾斜制样盒并取下位于上方的侧模板;轻轻取出试样块和打印模具,并将其分离;以同样的方式取出另一半试样块;两试样块可以完美拼合成为一个圆柱体试样;然后,将试块放入养护箱内养护28天以达到预期强度。