Чрез изследване на ефекта от различните дози хидроксипропилметилцелулоза (HPMC) върху печатаемостта, реологичните свойства и механичните свойства на 3D печатащия хоросан, беше обсъдена подходящата доза HPMC и беше анализиран механизмът на нейното влияние, комбиниран с микроскопската морфология. Резултатите показват, че течливостта на хоросана намалява с увеличаване на съдържанието на HPMC, т.е. екструдируемостта намалява с увеличаване на съдържанието на HPMC, но способността за задържане на течливост се подобрява. Екструдируемостта, скоростта на задържане на формата и съпротивлението на проникване под собствено тегло се увеличават значително с увеличаване на съдържанието на HPMC, т.е. с увеличаване на съдържанието на HPMC се подобрява и времето за печат се удължава; от гледна точка на реологията, с увеличаване на съдържанието на HPMC, привидният вискозитет, границата на провлачване и пластичният вискозитет на суспензията се увеличават значително, а и възможността за подреждане се подобрява; тиксотропията първо се увеличава, а след това намалява с увеличаване на съдържанието на HPMC, а печатаемостта се подобрява; Твърде високото съдържание на HPMC ще доведе до увеличаване на порьозността на хоросана и намаляване на якостта. Препоръчително е съдържанието на HPMC да не надвишава 0,20%.
През последните години технологията за 3D печат (известна още като „адитивно производство“) се разви бързо и се използва широко в много области като биоинженерство, аерокосмическа индустрия и художествено творчество. Процесът без калъпи на технологията за 3D печат значително подобри материалите и гъвкавостта на структурния дизайн и автоматизираният метод на строителство не само спестяват значително работна ръка, но и са подходящи за строителни проекти в различни тежки условия. Комбинацията от технологията за 3D печат и строителната област е иновативна и обещаваща. В момента, представителните процеси за 3D печат на циментови материали са процесът на екструзионно наслагване (включително контурния процес на изработване на контури) и процесът на печат на бетон и прахово свързване (D-образен процес). Сред тях, процесът на екструзионно наслагване има предимствата на малка разлика от традиционния процес на формоване на бетон, високата приложимост на компоненти с големи размери и ниските разходи за строителство. По-малкото предимство се превърна в настоящите горещи точки на изследванията на технологията за 3D печат на циментови материали.
За материалите на циментова основа, използвани като „мастилени материали“ за 3D печат, изискванията за експлоатационни характеристики са различни от тези на общите материали на циментова основа: от една страна, има определени изисквания за обработваемостта на прясно смесени материали на циментова основа, а процесът на изграждане трябва да отговаря на изискванията за гладко екструдиране. От друга страна, екструдираният материал на циментова основа трябва да може да се подрежда, т.е. да не се срутва или деформира значително под действието на собственото си тегло и налягането на горния слой. Освен това, процесът на ламиниране при 3D печат прави слоевете между слоевете да се гарантират добри механични свойства на междинната повърхност, 3D печатаните строителни материали също трябва да имат добра адхезия. В обобщение, дизайнът на екструдируемостта, подреждаемостта и високата адхезия се проектира едновременно. Материалите на циментова основа са едно от предпоставките за прилагането на 3D технологията за печат в областта на строителството. Регулирането на процеса на хидратация и реологичните свойства на циментовите материали са два важни начина за подобряване на гореспоменатите печатни характеристики. Регулирането на процеса на хидратация на циментовите материали е трудно за изпълнение и е лесно да причини проблеми като запушване на тръби; а регулирането на реологичните свойства трябва да поддържа течливостта по време на процеса на печат и скоростта на структуриране след екструдиране. В настоящите изследвания модификатори на вискозитета, минерални добавки, наноглини и др. често се използват за регулиране на реологичните свойства на циментовите материали, за да се постигнат по-добри печатни характеристики.
Хидроксипропилметилцелулозата (HPMC) е често срещан полимерен сгъстител. Хидроксилните и етерните връзки в молекулната верига могат да се комбинират със свободна вода чрез водородни връзки. Въвеждането ѝ в бетона може ефективно да подобри неговата кохезия и задържане на вода. Понастоящем изследванията върху ефекта на HPMC върху свойствата на циментовите материали са фокусирани най-вече върху ефекта му върху течливостта, задържането на вода и реологията, а малко изследвания са проведени върху свойствата на 3D печатащи циментови материали (като екструдируемост, подреждане и др.). Освен това, поради липсата на единни стандарти за 3D печат, методът за оценка на печатаемостта на циментови материали все още не е установен. Подреждането на материала се оценява по броя на печатаемите слоеве със значителна деформация или максималната височина на печат. Горните методи за оценка са подложени на висока субективност, ниска универсалност и тромав процес. Методът за оценка на производителността има голям потенциал и стойност в инженерните приложения.
В тази статия са въведени различни дозировки HPMC в циментови материали, за да се подобри печатаемостта на разтвора, а ефектите от дозировката на HPMC върху свойствата на разтвора за 3D печат са оценени цялостно чрез изучаване на печатаемостта, реологичните свойства и механичните свойства. Въз основа на свойства като течливост, беше избран разтворът, смесен с оптималното количество HPMC, за проверка на печата и бяха тествани съответните параметри на отпечатания обект; въз основа на изследването на микроскопската морфология на пробата беше изследван вътрешният механизъм на еволюцията на производителността на печатния материал. Същевременно беше установен 3D печат на циментова основа. Разработен е цялостен метод за оценка на печатаемите характеристики, за да се насърчи приложението на 3D технологията за печат в областта на строителството.
Време на публикуване: 27 септември 2022 г.