[发明专利]一种类岩石材料的快速凝结配比的筛选方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种类岩石材料的快速凝结配比的筛选方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

3D打印材料种类的单一化和成本的高昂化是制约着3D打印技术普及和发展的主要原因。

现在人们所熟知的3D打印技术最早是出现于20世纪90年代中期，但是由于当时制造价格比较昂贵，技术也相对不太成熟，所以早期3D打印技术并没有得到广泛的推广。而如今，3D技术经过了20多年的发展，技术已经更加成熟、控制也更加精确，而且制造成本也有所降低。但打印材料的单一化和高昂化仍然是制约3D打印技术发展的一个重要原因。

目前根据不同的打印设备，打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印领域得到了应用。3D打印所用的这些原材料都是专门针对3D打印设备和工艺而研发的，与普通的塑料、石膏、树脂等有所区别，其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。通常，根据打印设备的类型及操作条件的不同，所使用的粉末状3D打印材料的直径为1-100μm不等。

近年来，3D打印技术逐年发展，所应用的领域也越来越广泛，但打印材料的供给却不容乐观。目前我国的3D打印材料主要存在以下几点问题：

1、材料性能达不到要求，影响3D打印的推广；

2、可用材料种类偏少，难以满足3D打印需求；

3、材料成本较高，限制了应用领域；

4、我国部分3D打印材料依赖进口，限制了产业化应用。

打印材料是3D打印发展的基础，3D打印技术和装备的成熟也会促进材料性能的开发和完善，拓展材料品种和应用。目前，我国部分3D打印技术和装备已经处于世界先进水平，但在材料研发和应用方面与先进国家相比还存在较大差距，因此打破材料对3D打印发展的制约非常关键。

发明内容

为达到上述目的，本发明提供了一种类岩石材料的快速凝结配比的筛选方法，通过该方法能够选出适宜3D打印的材料组合，结合响应面法对其凝结时间进行分析，从而选出最佳的打印材料。

为达到上述目的，本发明提供了一种类岩石材料的快速凝结配比的筛选方法，其包括以下步骤：

(1)按照3D打印技术对材料的一般要求选择至少两种材料作为待测材料；

(2)结合响应面法确定不同的实验配比，即待测材料与水之间的比例，建立响应面分析模型，并按照不同的实验配比将待测材料与水混合得到混合材料，分别进行3D打印实验，得到不同实验配比的混合材料的初凝时间、终凝时间的实测值；采用正交实验设计法对于实验配比进行分组，可以根据待测材料的情况进行选择，一般为10组以上；通过正交实验设计法进行分组，分组实验完毕，可以利用响应面法得到配比因素之间的模型，通过模型分析可以得到取得最佳配比；

运用响应曲面分析的方法进行拟合，得到待测材料在所述混合材料中的浓度与初凝时间、终凝时间的函数关系，进而得到初凝时间、终凝时间的预测值；

建立不同实验配比的混合物的初凝时间、终凝时间的实验值与预测值的正态分布图、实验分析方差图、残差与预测图、预测与实际图、预测与运行值图以及待测材料的质量与水的体积之间的等高线图、三维响应曲面图；

通过实验分析方差图、拟合二次回归方程、残差图、预测值图、等高线图、三维响应曲面图，优化待测材料的质量以及水的体积的取值，使其响应值在相应的映射范围内并输出最小的响应值；具体的分析可以参考常规的分析进行，例如常规的残差分析方法等；

分析所述正态分布图、实验分析方差图、残差与预测图、预测与实际图、预测与运行值图，并通过实验得到初凝时间、终凝时间的实验值，对所述实验值进行响应面分析，得到回归模型，并计算出初凝时间、终凝时间的理论值，并得到初凝时间、终凝时间的预测值与待测材料的质量、水的体积之间的函数关系以及待测材料的质量之间的相互函数关系；

(3)根据中心组合设计，结合步骤(2)中得到的结果，利用二次函数的拟合方程对初凝时间、终凝时间进行拟合，根据拟合结果得到待测材料与水的优化配比方案及相应的初凝时间、终凝时间、期望值；

(4)根据优化配比方案，选取等质量的待测材料和水再次进行3D打印实验，得到优化配比方案的初凝时间、终凝时间的实验值，并将实验值与理论值进行比较，得到相对误差，判断拟合是否合理：若合理，选取其中初凝时间最短，期望最小，终凝时间合理的一组配比，用该比例配置出的混合材料即为类岩石材料3D打印的材料；