3D打印用于研究地球巖石微結構——未來將向火星巖進軍！

材料牛注：斯坦福大學的研究者們通過3D打印技術，研究了地球巖石的微結構。隨著該技術的不斷改進，未來將會進一步研究月球和火星上的巖石。

斯坦福大學已經報道了大量關于3D掃描和打印在考古學方面的用途。科學家們發現這是一個有用的工具，可以復原易碎樣品或按比例放大微型化石，從而可以進行更清晰的觀察。日益復雜巧妙和便攜的掃描技術使得這項工作變得可能，但是斯坦福大學的科學家們想把這項技術提高到一個新的水平。

在一項名為“Effects of changes in rock microstructures on permeability: 3-D printing investigation”的最新研究中，斯坦福的研究者們討論了使用3D打印研究遠古巖石的可能性。通過將3D打印和遠程3D成像技術進行結合，科學家們相信最終會創造出如月球或火星一樣久遠的巖石復制品。

Tiziana Vanorio，斯坦福大學地球能源和環境科學學院地球物理學的一名助教，說道，“人們可以使用3D打印數碼巖石模型來篩選出最科學有趣的樣品，帶回地球研究。我們的工作為此邁出了第一步。”

該技術并非3D打印火星巖石的關鍵，目前有很多已經掌握的技術。地質學家使用3D打印來復原巖石樣品的原因與考古學家使用其研究化石的原因相同，都是為了按比例增大微型細節或檢查易碎樣品。斯坦福的研究者們認為也可以用來研究巖石的性質，例如孔隙率和滲透性，以及巖石微結構變化對其的影響。

Vanorio說道，“現代3D打印的出現提供了一個前所未有的機會，通過結合數字信息和實驗室試驗的優勢將微觀尺度和宏觀尺度聯系起來。3D打印使得我們可以實現數字化操控孔隙尺度的變化，然后打印出適合實驗室測試尺度的巖石。”

通過研究巖石微結構的變化，研究者們可以對巖石如何形成和液體如何流過巖石有了更多的了解。

Vanorio實驗室的Dulcie Head博士說道：“這是一項前人未曾做過的工作，即數字化調控天然巖石的微結構部分，然后在實驗室測試這些變化如何影響流體流過巖石。”

最近發表的研究詳細說明了Vanorio和Head如何掃描一個小的碳酸鹽巖石的樣品，然后測試兩種不同的SLA三維打印機（一個來自Formlabs的桌面打印機和一個該大學技術改進和創新實驗室的工業化3D SystemsProJet打印機），來觀察是否可以重塑出巖石中的微小中空和溝道。ProJet最終由于其高打印分辨率，詳盡無遺地再現了巖石上的孔隙。

當Vanorio和Head確信巖石的微結構可由3D打印機重制時，他們數字操作3D模型來模擬結構變化，然后3D打印改變的模型。該過程使得科學家們第一次直接將微結構的變化與如孔隙度和滲透率等性能聯系起來。

Head解釋道，“對于想要了解巖石性質的地球物理學家來說，一個基本的難題是我們的樣品并不具有天然可比性。你可以取兩塊具有相似整體性質的巖石內核，但是當在顯微鏡下觀察它們時，你會發現它們的孔隙結構可能是完全不同的。通過使用一些我們之前不會使用的，3-D打印使我們理解了孔隙結構微小變化的作用。”

Head和Vanorio希望3D打印技術可以有進一步的發展，從而使他們重塑出更好的細微之處。將材料與再造材料的混合物更緊密地結合起來，構造天然巖石。有趣的是，是一雙鞋子激發Vanorio去找尋3D打印巖石樣品。

Vanorio說道，“公司使用一個數字掃描儀來確定你腳的準確尺寸和形狀，然后3D打印出適合你的鞋子。地球物理學家已經數字掃描了巖石，我就想為什么不能打印鞋子呢？”

為什么不呢，確實。下一步，向月球進軍！

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

本文由編輯部楊洪期提供素材，朱星燁編譯，點我加入材料人編輯部。