من خلال دراسة تأثير جرعات مختلفة من هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) على قابلية الطباعة والخصائص الرومولوجية والخصائص الميكانيكية لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد، تمت مناقشة الجرعة المناسبة من HPMC، وتم تحليل آلية تأثيرها جنبًا إلى جنب مع التشكل المجهري. تُظهر النتائج أن سيولة الملاط تقل مع زيادة محتوى HPMC، أي أن قابلية البثق تقل مع زيادة محتوى HPMC، لكن قدرة الاحتفاظ بالسيولة تتحسن. قابلية البثق؛ يزداد معدل الاحتفاظ بالشكل ومقاومة الاختراق تحت الوزن الذاتي بشكل كبير مع زيادة محتوى HPMC، أي مع زيادة محتوى HPMC، تتحسن قابلية التكديس ويطول وقت الطباعة؛ من وجهة نظر علم الرومولوجيا، مع زيادة محتوى HPMC، زادت اللزوجة الظاهرة وإجهاد الخضوع واللزوجة البلاستيكية للطين بشكل كبير، وتحسنت قابلية التكديس؛ زادت اللزوجة أولاً ثم انخفضت مع زيادة محتوى HPMC، وتحسنت قابلية الطباعة؛ زيادة محتوى HPMC سيؤدي إلى زيادة مسامية الملاط وقوته. يوصى بأن لا يتجاوز محتوى HPMC 0.20٪.
في السنوات الأخيرة، تطورت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد (المعروفة أيضًا باسم "التصنيع الإضافي") بسرعة وتم استخدامها على نطاق واسع في العديد من المجالات مثل الهندسة الحيوية والفضاء والإبداع الفني. وقد أدت عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد الخالية من القوالب إلى تحسين المواد بشكل كبير ومرونة التصميم الهيكلي وطريقة البناء الآلية الخاصة بها ليس فقط لتوفير القوى العاملة بشكل كبير، ولكنها مناسبة أيضًا لمشاريع البناء في بيئات قاسية مختلفة. إن الجمع بين تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ومجال البناء مبتكر وواعد. في الوقت الحاضر، فإن عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد القائمة على الأسمنت هي عملية التكديس بالبثق (بما في ذلك عملية التشكيل الكنتورية) وطباعة الخرسانة وعملية ربط المسحوق (عملية الشكل D). من بينها، تتميز عملية التكديس بالبثق بمزايا الاختلاف الصغير عن عملية صب الخرسانة التقليدية والجدوى العالية للمكونات كبيرة الحجم وتكاليف البناء. أصبحت الميزة الأدنى هي النقاط الساخنة الحالية لبحث تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد القائمة على الأسمنت.
بالنسبة للمواد الأسمنتية المستخدمة كـ "مواد حبر" للطباعة ثلاثية الأبعاد، تختلف متطلبات أدائها عن متطلبات المواد الأسمنتية العامة: فمن ناحية، هناك متطلبات معينة لقابلية تشغيل المواد الأسمنتية المختلطة حديثًا، ويجب أن تلبي عملية البناء متطلبات البثق السلس. ومن ناحية أخرى، يجب أن تكون المادة الأسمنتية المبثوقة قابلة للتكديس، أي أنها لن تنهار أو تتشوه بشكل كبير تحت تأثير وزنها وضغط الطبقة العليا. بالإضافة إلى ذلك، فإن عملية التصفيح في الطباعة ثلاثية الأبعاد تجعل الطبقات بين الطبقات مترابطة. ولضمان الخصائص الميكانيكية الجيدة لمنطقة واجهة الطبقات، يجب أن تتمتع مواد البناء المطبوعة ثلاثية الأبعاد أيضًا بقدرة التصاق جيدة. باختصار، تم تصميم تصميم قابلية البثق والتكديس والالتصاق العالي في نفس الوقت. تُعد المواد الأسمنتية أحد المتطلبات الأساسية لتطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء. ويُعد ضبط عملية الترطيب والخصائص الريولوجية للمواد الأسمنتية طريقتين مهمتين لتحسين أداء الطباعة المذكور أعلاه. من الصعب تنفيذ ضبط عملية ترطيب المواد الأسمنتية، ومن السهل التسبب في مشاكل مثل انسداد الأنابيب؛ كما أن تنظيم الخصائص الرومولوجية يحتاج إلى الحفاظ على السيولة أثناء عملية الطباعة وسرعة الهيكلة بعد صب البثق. في البحث الحالي، غالبًا ما يتم استخدام معدلات اللزوجة، والمخاليط المعدنية، والطين النانوي، وما إلى ذلك لضبط الخصائص الرومولوجية للمواد القائمة على الأسمنت لتحقيق أداء طباعة أفضل.
هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) مُكثِّف بوليمر شائع. يمكن دمج روابط الهيدروكسيل والإيثر على السلسلة الجزيئية مع الماء الحر من خلال روابط هيدروجينية. يُحسّن إدخاله في الخرسانة تماسكها واحتفاظها بالماء بشكل فعال. حاليًا، تُركِّز الأبحاث حول تأثير HPMC على خصائص المواد الأسمنتية بشكل رئيسي على تأثيره على السيولة، واحتباس الماء، والريولوجيا، ولم تُجرَ سوى أبحاث قليلة حول خصائص الطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد الأسمنتية (مثل قابلية البثق، وقابلية التكديس، إلخ). بالإضافة إلى ذلك، ونظرًا لعدم وجود معايير موحدة للطباعة ثلاثية الأبعاد، لم تُحدَّد بعد طريقة تقييم قابلية طباعة المواد الأسمنتية. تُقيَّم قابلية تكديس المادة بناءً على عدد الطبقات القابلة للطباعة ذات التشوه الكبير أو أقصى ارتفاع للطباعة. تخضع طرق التقييم المذكورة أعلاه لقدر كبير من الذاتية، وضعف الشمولية، وتعقيد العملية. تتمتع طريقة تقييم الأداء بإمكانيات وقيمة كبيرة في التطبيقات الهندسية.
في هذه الورقة، تم إدخال جرعات مختلفة من HPMC في المواد القائمة على الأسمنت لتحسين قابلية طباعة الملاط، وتم تقييم آثار جرعة HPMC على خصائص ملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل شامل من خلال دراسة قابلية الطباعة والخصائص الريولوجية والخصائص الميكانيكية. بناءً على خصائص مثل السيولة بناءً على نتائج التقييم، تم اختيار الملاط المخلوط بالكمية المثلى من HPMC للتحقق من الطباعة، وتم اختبار المعلمات ذات الصلة بالكيان المطبوع؛ بناءً على دراسة الشكل المجهري للعينة، تم استكشاف الآلية الداخلية لتطور أداء مادة الطباعة. في الوقت نفسه، تم إنشاء مادة الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على الأسمنت. طريقة تقييم شاملة لأداء الطباعة من أجل تعزيز تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء.
وقت النشر: ٢٧ سبتمبر ٢٠٢٢