3D打印技术可以对复杂结构试样实现高精度、 短周期、定制化的有效制备,该技术在岩石力学领域也引起了众多学者广泛的关注和应用。目前,
3D打印技术用于类岩石试样制作的材料主要有液体光敏树脂材料以及石膏、砂等粉末类材料。由于岩石材料的细观结构特征决定着其宏观物理力学特性,其中的孔隙结构和胶结物质对其力学特性有重要影响。

     
基于此,《基于不同后处理方法的砂型3D打印类演示试样力学性能研究》一文的研究团队使用呋喃树脂和砂粉末材料制备出砂型3D打印类岩石试样,通过3种后处理方法:真空渗入、低温处理、渗入低温相结合对试样进行后处理,对处理前后的标准试样进行了力学测试,并结合扫描电镜试验在微观尺度对其细微
观结构变化进行分析。研究可以为砂型3D打印类岩石试样的低强度和低刚度提供解决方法及思路。

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3D打印技术作为一种快速成型技术在岩石室内试验中有着极大的应用潜力,但3D打印试样的低强度、低刚度一直是亟待解决的关键问题之一。为了能够找到提高3D打印类岩石试样强度、刚度的方法,选用GS19砂和呋喃树脂为打印材料,以砂型3D打印类岩石试样为研究对象,在此基础上采用3种后处理方法(真空渗入、低温处理以及渗入低温相结合)分别对试样进行后处理,对经后处理的砂型3D打印类岩石试样开展单轴压缩试验以研究其力学性能,并结合扫描电镜从微观层面分析了力学性能变化的原因。研究表明:不同后处理方法会改变试样的力学性能,其中渗入、低温相结合的方法对试样的强度和刚度提高最为显著,这与试样内部胶结状态发生变化相关。研究结果可为今后3D打印技术在岩石试验中的应用提供新的研究思路。

20230609093702168627462283896 论文图集

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20230609093702168627462283896 主要结语

(1) 砂型3D打印类岩石试样经过不同方法后 处理均能提高强度,其中渗入低温相结合的后处理方法提升幅度最明显。

(2) 后处理可以改变3D打印类岩石试样的应力-应变关系和破坏模式。真空渗入组试样在压缩过 程中表现出明显的塑性变形,这是由环氧树脂本身 的变形性能导致。低温处理试样的力学性能与弱胶结粗粒砂岩相似,渗入低温结合处理试样的力学性能与花岗岩类似。

(3) 处理前后试样的微观形貌发生了显著变化。未处理试样颗粒明显,颗粒间含有大量孔隙。渗入后环氧树脂充填颗粒间孔隙,颗粒间胶结面积 增大;低温处理后,树脂运动能力降低,未渗入试 样颗粒间摩擦力提高,渗入试样颗粒与环氧树脂的 整体性提升,所以试样强度提高。

田威,王肖辉,云伟等.基于不同后处理方法的砂型3D打印类岩石试样力学性能研究[J].岩土力学,2023,44(05):1330-1340+1352.DOI:10.16285/j.rsm.2022.0886.

作者 zhiyongz

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