3D打印用于研究地球岩石微结构——未来将向火星岩进军！

材料牛注：斯坦福大学的研究者们通过3D打印技术，研究了地球岩石的微结构。随着该技术的不断改进，未来将会进一步研究月球和火星上的岩石。

斯坦福大学已经报道了大量关于3D扫描和打印在考古学方面的用途。科学家们发现这是一个有用的工具，可以复原易碎样品或按比例放大微型化石，从而可以进行更清晰的观察。日益复杂巧妙和便携的扫描技术使得这项工作变得可能，但是斯坦福大学的科学家们想把这项技术提高到一个新的水平。

在一项名为“Effects of changes in rock microstructures on permeability: 3-D printing investigation”的最新研究中，斯坦福的研究者们讨论了使用3D打印研究远古岩石的可能性。通过将3D打印和远程3D成像技术进行结合，科学家们相信最终会创造出如月球或火星一样久远的岩石复制品。

Tiziana Vanorio，斯坦福大学地球能源和环境科学学院地球物理学的一名助教，说道，“人们可以使用3D打印数码岩石模型来筛选出最科学有趣的样品，带回地球研究。我们的工作为此迈出了第一步。”

该技术并非3D打印火星岩石的关键，目前有很多已经掌握的技术。地质学家使用3D打印来复原岩石样品的原因与考古学家使用其研究化石的原因相同，都是为了按比例增大微型细节或检查易碎样品。斯坦福的研究者们认为也可以用来研究岩石的性质，例如孔隙率和渗透性，以及岩石微结构变化对其的影响。

Vanorio说道，“现代3D打印的出现提供了一个前所未有的机会，通过结合数字信息和实验室试验的优势将微观尺度和宏观尺度联系起来。3D打印使得我们可以实现数字化操控孔隙尺度的变化，然后打印出适合实验室测试尺度的岩石。”

通过研究岩石微结构的变化，研究者们可以对岩石如何形成和液体如何流过岩石有了更多的了解。

Vanorio实验室的Dulcie Head博士说道：“这是一项前人未曾做过的工作，即数字化调控天然岩石的微结构部分，然后在实验室测试这些变化如何影响流体流过岩石。”

最近发表的研究详细说明了Vanorio和Head如何扫描一个小的碳酸盐岩石的样品，然后测试两种不同的SLA三维打印机（一个来自Formlabs的桌面打印机和一个该大学技术改进和创新实验室的工业化3D SystemsProJet打印机），来观察是否可以重塑出岩石中的微小中空和沟道。ProJet最终由于其高打印分辨率，详尽无遗地再现了岩石上的孔隙。

当Vanorio和Head确信岩石的微结构可由3D打印机重制时，他们数字操作3D模型来模拟结构变化，然后3D打印改变的模型。该过程使得科学家们第一次直接将微结构的变化与如孔隙度和渗透率等性能联系起来。

Head解释道，“对于想要了解岩石性质的地球物理学家来说，一个基本的难题是我们的样品并不具有天然可比性。你可以取两块具有相似整体性质的岩石内核，但是当在显微镜下观察它们时，你会发现它们的孔隙结构可能是完全不同的。通过使用一些我们之前不会使用的，3-D打印使我们理解了孔隙结构微小变化的作用。”

Head和Vanorio希望3D打印技术可以有进一步的发展，从而使他们重塑出更好的细微之处。将材料与再造材料的混合物更紧密地结合起来，构造天然岩石。有趣的是，是一双鞋子激发Vanorio去找寻3D打印岩石样品。

Vanorio说道，“公司使用一个数字扫描仪来确定你脚的准确尺寸和形状，然后3D打印出适合你的鞋子。地球物理学家已经数字扫描了岩石，我就想为什么不能打印鞋子呢？”

为什么不呢，确实。下一步，向月球进军！

原文链接：Stanford Researchers Use 3D Printing to Study the Microscopic Structures of Rocks from Earth, and Eventually from Mars。

本文由编辑部杨洪期提供素材，朱星烨编译，点我加入材料人编辑部。