含复杂缺陷3D打印类岩石试件制备技术规范

ICS号

中国标准文献分类号GRM

中关村绿色矿山产业联盟团体标准

T/GRM052-2022

含复杂缺陷3D打印类岩石试件制备技术规范

TechnicalSpecificationforPreparationof3DPrintingRock-like

SpecimenswithComplexDefect

（征求意见稿）

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2022-09-05发布2022-09-05实施

中关村绿色矿山产业联盟发布

含复杂缺陷3D打印类岩石试件制备技术规范

警告：本文件的应用可能涉及危险物质及其操作和设备。但本文件没有说明与其使用有

关的所有安全问题。在使用本文件前，使用者有责任制定相应的安全和保护措施，并明确其

限定的适用范围。

1范围

本文件给出了含复杂缺陷类岩石试件3D打印制备技术规范的术语和定义、材料及工艺

选择、复杂缺陷模型、打印流程、试件贮藏和运输等。

本文件适用于3D打印技术制备含复杂缺陷类岩石试件。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期

的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改单）适用于本文件。

JGJ52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准

DZ/T0276.18-2015岩石物理力学性质试验规程第18部分：岩石单轴抗压强度试验

DZ/T0276.20-2015岩石物理力学性质试验规程第20部分：岩石三轴压缩强度试验

DZ/T0276.21-2015岩石物理力学性质试验规程第21部分：岩石抗拉强度试验

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

3D打印3Dprinting

利用打印头、喷嘴或其他打印技术，通过材料堆积的方式来制造零件或实物的工艺。

3.2

粘结剂喷射Binderjetting

选择性喷射沉积液态粘结剂粘结粉末材料的增材制造工艺。

3.3

缺陷Defects

岩体内存在的裂隙、节理、孔洞等软弱面或不连续面。

1

3.4

喷墨量Inkjetquantity

液态粘结剂与粉末材料的重量比例。

4材料及工艺选择

4.1工艺选择

4.1.1宜选用粘合剂喷射技术作为含复杂缺陷类岩石试件3D打印制备的工艺。

4.1.2打印方向有垂直打印（打印层与预加载方向垂直）和平行打印（打印层与预加载方向

平行）两种，应采用垂直打印，见图1。

图1试件打印方向

4.2材料选择

4.2.1粉末材料宜选用硅砂、石英砂、陶瓷砂等，粉末材料的形状、直径、含水量等应满足：

a)宜选用颗粒形状为不规则球体或不规则椭圆体的粉末材料；

b)粉末材料的颗粒直径宜控制在80目~300目；

c)粉末材料含水量应低于0.2%，含水量的计算与检验方法按JGJ52-2006中的6.6。

d）当粉末材料含有云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐等有害物质时，其含量按

JGJ52-2006中3.1.8的要求。

4.2.2粘结剂宜选用呋喃树脂等热固性树脂，粘结剂溶剂应选择浓度为80%-90%的酒精或流

动性较好的液体。

5复杂缺陷模型

5.1含缺陷模型特征获取

2

5.1.1试件模型特征参数宜通过电子计算机断层扫描（CT扫描）或三维激光扫描直接由岩石

试件获得或通过计算机程序生成。

5.1.1用于3D打印的含缺陷模型宜导出为STL格式、3MF等格式。

5.2缺陷参数

5.2.1打印前应对试件模型内缺陷按尺寸进行筛选，如无特殊试验要求，所保留缺陷尺寸应

至少满足：

a)缺陷最大长度LQmax≥10mm；

2

b)缺陷最大截面积SQmax≥10mm；

3

c)缺陷体积VQ≥10mm；

5.2.2缺陷总体积不宜大于试件体积的5%。

5.3模型标记

5.3.1若试件所含缺陷为内置缺陷，则应在模型侧面设置标记。

5.3.2所做标记应凸于模型表面，且突出高度1mm~2mm为宜。

5.3.3所做标记面积不应超过模型侧表面积的10%。

5.3.4在打印完成并贴附相应标签后，宜用500目~1000目的砂纸将标记部位打磨平整。

6打印流程

6.1材料准备

6.1.1粉末材料在打印前应进行筛选，宜进行烘干处理，应确保其含水量满足4.2.1的要求。

6.1.2粘合剂使用前应检查并保证无悬浮和沉淀颗粒。

6.2打印参数及力学参数确定

6.2.1选定打印材料和打印参数后，应在含缺陷类岩石试件制备前对完整类岩石试件的力学

参数进行测定，并记录，见附录A。

6.2.2打印参数的测定应至少包含抗压强度、抗拉强度、压-拉比，宜根据试验需求增加对弹

性模量、粘聚力、内摩擦角等的测定。其中抗压强度、弹性模量的测定按DZ/T0276.18-2015，

抗拉强度的测定按DZ/T0276.21-2015，粘聚力、内摩擦角的测定按DZ/T0276.20-2015，压

-拉比则根据测定结果由式（1）得到。

R

Kc（1）

Rt

式中：

3

——抗压强度，单位为兆帕；

Rc(MPa)

——抗拉强度，单位为兆帕；

Rt(MPa)

K——压-拉比。

6.2.3若需还原岩石试件力学参数，应对打印参数和打印材料进行标定，见图2。参数标定后

的各项力学参数应满足：

a)标定试件与被标定岩样的抗压强度均值之差不应大于0.5MPa；

b)标定试件与被标定岩样的抗拉强度均值之差不应大于0.1MPa；

c)标定试件与被标定岩样的压-拉比之差应控制在5%以内；

d)标定试件与被标定岩样的弹性模量均值之差不应大于0.2GPa；

e)标定试件与被标定岩样的粘聚力之差不应大于0.1MPa；

f)标定试件与被标定岩样的内摩擦角之差不应大于2°。

图2参数标定流程

6.3打印前准备

6.3.1打印前应将催化型固化剂与粉末颗粒充分搅拌，搅拌宜采用强制式搅拌机。

6.3.2打印前应检查打印机工作平台和送料缸，确保其干净、整洁。

6.3.3打印前宜先在工作平台铺设白色光面纸进行试打，确保打印机喷射的液态粘结剂均匀、

稳定后方可打印。

6.4试件及模型打印

6.4.1含缺陷类岩石试件在打印过程中的试件间距应大于8mm。

6.4.2打印环境应满足：

4

a)试件的打印环境温度应控制在20℃~30℃；

b)试件的打印环境湿度应控制在50%~60%；

c)打印过程中应保持成形平台的稳定，避免打印过程中受到振动和冲击。

6.5试件养护

6.5.1打印完成后应在打印机工作缸内静置12h后方可取出，静置过程中应避免机器受到振

动和冲击。

6.5.2试件均应从打印工作面一侧依次取出，试件取出后应立即进行标记，当试件有严重损

坏时，应按废弃处理。

6.5.3试件取出后应于室内静置使其充分氧化，试件静置过程应避免阳光照晒。

6.5.4试件氧化完成后应对试件的精度进行检查，按DZ/T0276.18-2015中6.7进行检测，不

满足精度要求时应进行打磨修整或弃用，具体要求如下：

a)沿试件整个高度的直径或厚度测量允许偏差±0.3mm；

b)两端面不平行度允许偏差±0.05mm；

c)端面不平整度允许偏差±0.02mm。

7试件贮藏和运输

7.1贮藏

7.1.1贮藏环境应按5.4.3的规定。

7.1.2当试件需要长期贮藏时，应用保鲜膜或蜡纸包裹、密封，且贮藏时间不宜超过1年。

7.2运输

7.2.1试件在运输前除应用保鲜膜或蜡纸包裹、密封外，还应用气泡纸包裹。

7.2.2若试件存在外置缺陷，则应先在缺陷位置填充同类型砂粉后方可包装。

7.2.3试件宜放于木质箱体内运输，且应在试件与试件之间填充满泡沫或气泡纸。

5

附录A

（规范性附录）

试件力学特性记录表

抗压特性抗拉特性抗剪特性

粘

砂层喷墨均值压-拉比

结编抗压强度弹性平均编抗拉强度均值粘聚力内摩擦

型厚量%K

剂Rc´

号RcMPa模量弹性模量