Studiem vlivu různých dávek hydroxypropylmethylcelulózy (HPMC) na tisknutelnost, reologické vlastnosti a mechanické vlastnosti 3D tiskové malty bylo diskutováno vhodné dávkování HPMC a jeho mechanismus vlivu byl analyzován v kombinaci s mikroskopickou morfologií. Výsledky ukazují, že tekutost malty klesá se zvyšujícím se obsahem HPMC, tj. extrudabilita se snižuje se zvyšujícím se obsahem HPMC, ale schopnost zachování tekutosti se zlepšuje. Extrudabilita, rychlost zachování tvaru a odolnost proti penetraci vlastní tíhou se významně zvyšují se zvyšujícím se obsahem HPMC, tj. se zvyšujícím se obsahem HPMC se zlepšuje stohovatelnost a prodlužuje se doba tisku; z hlediska reologie se se zvyšujícím se obsahem HPMC významně zvyšuje zdánlivá viskozita, mez kluzu a plastická viskozita suspenze a zlepšuje se stohovatelnost; tixotropie se nejprve zvyšovala a poté se zvyšujícím se obsahem HPMC snižovala a tisknutelnost se zlepšovala; Příliš vysoký obsah HPMC způsobí zvýšení pórovitosti malty a snížení pevnosti. Doporučuje se, aby obsah HPMC nepřekročil 0,20 %.
V posledních letech se technologie 3D tisku (známá také jako „aditivní výroba“) rychle rozvíjí a nachází široké využití v mnoha oblastech, jako je bioinženýrství, letecký průmysl a umělecká tvorba. Bezformový proces 3D tisku výrazně zlepšil materiál a flexibilita konstrukčního návrhu a jeho automatizovaná konstrukční metoda nejen výrazně šetří pracovní sílu, ale je také vhodná pro stavební projekty v různých náročných prostředích. Kombinace technologie 3D tisku a stavebnictví je inovativní a slibná. V současné době je pro 3D tisk materiálů na bázi cementu typickým příkladem proces extruzního stohování (včetně konturového procesu tvarování) a proces tisku a práškového lepení betonu (proces tvaru D). Mezi nimi má proces extruzního stohování výhody malého rozdílu oproti tradičnímu procesu formování betonu, vysoké proveditelnosti velkorozměrových součástí a vysokých konstrukčních nákladů. Nevýhodou se stala současná výzkumná témata technologie 3D tisku materiálů na bázi cementu.
U materiálů na bázi cementu používaných jako „inkoustové materiály“ pro 3D tisk se jejich výkonnostní požadavky liší od požadavků na běžné materiály na bázi cementu: na jedné straně existují určité požadavky na zpracovatelnost čerstvě namíchaných materiálů na bázi cementu a výrobní proces musí splňovat požadavky na hladké vytlačování. Na druhé straně musí být extrudovaný materiál na bázi cementu stohovatelný, tj. nesmí se výrazně hroutit ani deformovat působením vlastní hmotnosti a tlaku horní vrstvy. Kromě toho proces laminace 3D tisku zajišťuje, že vrstvy mezi vrstvami jsou pro zajištění dobrých mechanických vlastností mezivrstvového rozhraní, a proto by 3D tiskové stavební materiály měly mít také dobrou přilnavost. Stručně řečeno, návrh vytlačovatelnosti, stohovatelnosti a vysoké přilnavosti je navržen současně. Materiály na bázi cementu jsou jedním z předpokladů pro použití technologie 3D tisku v oblasti stavebnictví. Úprava hydratačního procesu a reologických vlastností cementových materiálů jsou dva důležité způsoby, jak zlepšit výše uvedený tiskový výkon. Úprava procesu hydratace cementových materiálů je obtížně implementovatelná a snadno může způsobit problémy, jako je ucpávání potrubí; a regulace reologických vlastností vyžaduje udržení tekutosti během procesu tisku a rychlosti strukturování po extruzi. V současném výzkumu se k úpravě reologických vlastností materiálů na bázi cementu za účelem dosažení lepšího tiskového výkonu často používají modifikátory viskozity, minerální přísady, nanojíly atd.
Hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC) je běžné polymerní zahušťovadlo. Hydroxylové a etherové vazby v molekulárním řetězci lze kombinovat s volnou vodou prostřednictvím vodíkových vazeb. Její zavedení do betonu může účinně zlepšit jeho soudržnost a zadržování vody. V současné době se výzkum vlivu HPMC na vlastnosti materiálů na bázi cementu zaměřuje především na její vliv na tekutost, zadržování vody a reologii, zatímco o vlastnostech materiálů na bázi cementu určených pro 3D tisk (jako je extrudabilita, stohovatelnost atd.) bylo provedeno jen málo výzkumu. Vzhledem k nedostatku jednotných standardů pro 3D tisk navíc dosud nebyla stanovena metoda hodnocení potisknutelnosti materiálů na bázi cementu. Stohovatelnost materiálu se hodnotí počtem potisknutelných vrstev s významnou deformací nebo maximální výškou tisku. Výše uvedené metody hodnocení podléhají vysoké subjektivitě, nízké univerzálnosti a těžkopádnému procesu. Metoda hodnocení výkonu má velký potenciál a hodnotu v inženýrských aplikacích.
V tomto článku byly do materiálů na bázi cementu zavedeny různé dávky HPMC za účelem zlepšení tisknutelnosti malty a komplexně byly vyhodnoceny vlivy dávkování HPMC na vlastnosti malty pro 3D tisk studiem tisknutelnosti, reologických a mechanických vlastností. Na základě vlastností, jako je tekutost, byla pro ověření tisku vybrána malta smíchaná s optimálním množstvím HPMC a byly testovány relevantní parametry tištěného materiálu. Na základě studie mikroskopické morfologie vzorku byl zkoumán vnitřní mechanismus vývoje vlastností tiskového materiálu. Současně byla stanovena komplexní metoda hodnocení tisknutelných vlastností materiálu na bázi cementu pro 3D tisk.
Čas zveřejnění: 27. září 2022