[发明专利]一种基于CT扫描和3D打印的岩体内部结构制作方法

权利要求书

1.一种基于CT扫描和3D打印的岩体内部结构制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，对岩体试样进行CT扫描，顺序获取岩体试样的多个二维断层扫描图像，并存储为扫描数据；

步骤2，对所述多个二维断层扫描图像进行图像分割，并对分割后的图像进行三维结构模型重建；包含以下子步骤：

子步骤2a，对扫描数据进行滤波处理，渲染；

子步骤2b，对岩体试样中的密实区、低密度区、结构疏松区和孔隙裂隙区分别设定阈值范围，根据设定的阈值范围分别对所述多个二维断层扫描图像进行图像分割，对应得到密实区的多个二维断层扫描图像、低密度区的多个二维断层扫描图像、结构疏松区的多个二维断层扫描图像和孔隙裂隙区的多个二维断层扫描图像；

子步骤2c，对密实区、低密度区、结构疏松区和孔隙裂隙区进行定量分析，分别获取密实区三维空间参数、低密度区三维空间参数、结构疏松区三维空间参数和孔隙裂隙区三维空间参数；

子步骤2d，对所述密实区的多个二维断层扫描图像、低密度区的多个二维断层扫描图像、结构疏松区的多个二维断层扫描图像和孔隙裂隙区的多个二维断层扫描图像分别进行三维结构模型重建，获得密实区的三维模型文件、低密度区的三维模型文件、结构疏松区的三维模型文件和孔隙裂隙区的三维模型文件；

步骤3，将重建后的三维结构模型发送至3D打印机，打印机对接收到的三维结构模型进行岩体试样的实体打印；包含以下子步骤：

子步骤3a，对岩体试样进行硬度测试，取与岩体试样硬度相同的矿砂材料作为打印材料；

子步骤3b，将所述密实区的三维模型文件、低密度区的三维模型文件、结构疏松区的三维模型文件和孔隙裂隙区的三维模型文件输入到3D打印机；

子步骤3c，3D打印机采用与岩体试样的密实区、低密度区、结构疏松区和孔隙裂隙区分别对应的密实区打印材料、低密度区打印材料、结构疏松区打印材料和孔隙裂隙区打印材料，进行岩体试样的实体模型打印；

其中，所述密实区的打印方式为：先采用粗颗粒矿砂材料打印底层，喷胶，再在粗颗粒矿砂材料的空隙中填充中颗粒矿砂材料，喷胶，然后在中颗粒矿砂材料空隙中填充细颗粒矿砂材料，重复进行，自下而上逐层打印；所述低密度区的打印方式为：先采用粗颗粒矿砂材料打印底层，喷胶，再在粗颗粒矿砂材料的空隙中填充中颗粒矿砂材料，喷胶，自下而上逐层打印；所述结构疏松区的打印方式为：采用粗颗粒矿砂材料自下而上逐层打印，相邻两层之间喷胶粘接；

所述粗颗粒矿砂材料粒径范围为0.5mm-1mm，中颗粒矿砂材料粒径范围为0.25mm-0.5mm，细颗粒矿砂材料粒径范围为0.10mm-0.25mm。

2.根据权利要求1所述的基于CT扫描和3D打印的岩体内部结构制作方法，其特征在于，子步骤3c中，所述密实区打印材料为粗颗粒矿砂材料、中颗粒矿砂材料和细颗粒矿砂材料，所述低密度区打印材料为粗颗粒矿砂材料和中颗粒矿砂材料，所述结构疏松区打印材料为粗颗粒矿砂材料，所述孔隙裂隙区打印材料为网格支撑材料。

3.根据权利要求1所述的基于CT扫描和3D打印的岩体内部结构制作方法，其特征在于，子步骤2c中，所述密实区三维空间参数、低密度区三维空间参数、结构疏松区三维空间参数和孔隙裂隙区三维空间参数分别为密实区、低密度区、结构疏松区和孔隙裂隙区的体积参数、形状参数和位置参数。

4.根据权利要求1所述的基于CT扫描和3D打印的岩体内部结构制作方法，其特征在于，子步骤2c中，所述定量分析为对密实区的多个二维断层扫描图像、低密度区的多个二维断层扫描图像、结构疏松区的多个二维断层扫描图像和孔隙裂隙区的多个二维断层扫描图像分别进行数据处理，对应得到密实区三维空间参数、低密度区三维空间参数、结构疏松区三维空间参数和孔隙裂隙区三维空间参数。

5.根据权利要求1所述的基于CT扫描和3D打印的岩体内部结构制作方法，其特征在于，步骤2b中，所述孔隙裂隙区的阈值范围为-292Hu～1249Hu。

6.根据权利要求1所述的基于CT扫描和3D打印的岩体内部结构制作方法，其特征在于，步骤1中，对岩体试样进行CT扫描时，选择间距为0.5mm进行连续扫描。