Μελετώντας την επίδραση διαφορετικών δοσολογιών υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης (HPMC) στην εκτυπώσιμη ικανότητα, τις ρεολογικές ιδιότητες και τις μηχανικές ιδιότητες του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης, συζητήθηκε η κατάλληλη δοσολογία HPMC και αναλύθηκε ο μηχανισμός επιρροής της σε συνδυασμό με τη μικροσκοπική μορφολογία. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ρευστότητα του κονιάματος μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, δηλαδή η εξωθησιμότητα μειώνεται με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, αλλά η ικανότητα συγκράτησης ρευστότητας βελτιώνεται. Εξωθησιμότητα, ο ρυθμός συγκράτησης σχήματος και η αντίσταση διείσδυσης υπό ίδιο βάρος αυξάνονται σημαντικά με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, δηλαδή, με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, η στοιβαξιμότητα βελτιώνεται και ο χρόνος εκτύπωσης παρατείνεται. Από άποψη ρεολογίας, με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, το φαινόμενο ιξώδες, η τάση διαρροής και το πλαστικό ιξώδες του πολτού αυξήθηκαν σημαντικά και η στοιβαξιμότητα βελτιώθηκε. Η θιξοτροπία αρχικά αυξήθηκε και στη συνέχεια μειώθηκε με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC και βελτιώθηκε η εκτυπώσιμη ικανότητα. Η περιεκτικότητα σε HPMC αυξάνεται. Πολύ υψηλή περιεκτικότητα θα προκαλέσει αύξηση του πορώδους του κονιάματος και της αντοχής. Συνιστάται η περιεκτικότητα σε HPMC να μην υπερβαίνει το 0,20%.
Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης (γνωστή και ως «προσθετική κατασκευή») έχει αναπτυχθεί ραγδαία και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πολλούς τομείς, όπως η βιομηχανική, η αεροδιαστημική και η καλλιτεχνική δημιουργία. Η διαδικασία χωρίς μούχλα της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει βελτιώσει σημαντικά την ευελιξία των υλικών και του δομικού σχεδιασμού και η αυτοματοποιημένη μέθοδος κατασκευής της όχι μόνο εξοικονομεί σημαντικά εργατικό δυναμικό, αλλά είναι επίσης κατάλληλη για κατασκευαστικά έργα σε διάφορα σκληρά περιβάλλοντα. Ο συνδυασμός της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης και του κατασκευαστικού τομέα είναι καινοτόμος και πολλά υποσχόμενος. Προς το παρόν, τα υλικά με βάση το τσιμέντο είναι η διαδικασία στοίβαξης με εξώθηση (συμπεριλαμβανομένης της διαδικασίας κατασκευής περιγράμματος) και η εκτύπωση σκυροδέματος και η διαδικασία συγκόλλησης σε σκόνη (διαδικασία σχήματος D). Μεταξύ αυτών, η διαδικασία στοίβαξης με εξώθηση έχει τα πλεονεκτήματα της μικρής διαφοράς από την παραδοσιακή διαδικασία χύτευσης σκυροδέματος, της υψηλής δυνατότητας κατασκευής μεγάλων εξαρτημάτων και του κόστους κατασκευής. Το μειονέκτημα έχει γίνει το τρέχον ερευνητικό hotspots της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών με βάση το τσιμέντο.
Για τα υλικά με βάση το τσιμέντο που χρησιμοποιούνται ως «υλικά μελάνης» για τρισδιάστατη εκτύπωση, οι απαιτήσεις απόδοσής τους διαφέρουν από εκείνες των γενικών υλικών με βάση το τσιμέντο: αφενός, υπάρχουν ορισμένες απαιτήσεις για την εργασιμότητα των φρεσκοαναμεμειγμένων υλικών με βάση το τσιμέντο και η διαδικασία κατασκευής πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις ομαλής εξώθησης. Από την άλλη πλευρά, το εξωθημένο υλικό με βάση το τσιμέντο πρέπει να είναι στοιβαζόμενο, δηλαδή να μην καταρρέει ή να παραμορφώνεται σημαντικά υπό την επίδραση του δικού του βάρους και της πίεσης του ανώτερου στρώματος. Επιπλέον, η διαδικασία πλαστικοποίησης της τρισδιάστατης εκτύπωσης δημιουργεί τα στρώματα μεταξύ των στρωμάτων. Προκειμένου να διασφαλιστούν οι καλές μηχανικές ιδιότητες της περιοχής διεπαφής μεταξύ των στρωμάτων, τα δομικά υλικά τρισδιάστατης εκτύπωσης θα πρέπει επίσης να έχουν καλή πρόσφυση. Συνοπτικά, ο σχεδιασμός της εξώθησης, της στοιβαζόμενης και της υψηλής πρόσφυσης σχεδιάζεται ταυτόχρονα. Τα υλικά με βάση το τσιμέντο είναι μία από τις προϋποθέσεις για την εφαρμογή της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης στον τομέα των κατασκευών. Η προσαρμογή της διαδικασίας ενυδάτωσης και των ρεολογικών ιδιοτήτων των τσιμεντοειδών υλικών είναι δύο σημαντικοί τρόποι για τη βελτίωση της παραπάνω απόδοσης εκτύπωσης. Ρύθμιση της διαδικασίας ενυδάτωσης τσιμεντοειδών υλικών Είναι δύσκολο να εφαρμοστεί και είναι εύκολο να προκληθούν προβλήματα όπως η απόφραξη σωλήνων. Η ρύθμιση των ρεολογικών ιδιοτήτων πρέπει να διατηρεί τη ρευστότητα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκτύπωσης και την ταχύτητα δομής μετά τη χύτευση με εξώθηση. Στην τρέχουσα έρευνα, τροποποιητές ιξώδους, ορυκτά μείγματα, νανοάργιλοι κ.λπ. χρησιμοποιούνται συχνά για τη ρύθμιση των ρεολογικών ιδιοτήτων των υλικών με βάση το τσιμέντο, ώστε να επιτευχθεί καλύτερη απόδοση εκτύπωσης.
Η υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη (HPMC) είναι ένα κοινό πολυμερές πυκνωτικό. Οι υδροξυλο και αιθερικοί δεσμοί στην μοριακή αλυσίδα μπορούν να συνδυαστούν με ελεύθερο νερό μέσω δεσμών υδρογόνου. Η εισαγωγή της στο σκυρόδεμα μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τη συνοχή του και την κατακράτηση νερού. Προς το παρόν, η έρευνα σχετικά με την επίδραση της HPMC στις ιδιότητες των υλικών με βάση το τσιμέντο επικεντρώνεται κυρίως στην επίδρασή της στη ρευστότητα, την κατακράτηση νερού και τη ρεολογία, και έχει γίνει ελάχιστη έρευνα σχετικά με τις ιδιότητες της τρισδιάστατης εκτύπωσης υλικών με βάση το τσιμέντο (όπως η ικανότητα εξώθησης, η ικανότητα στοίβαξης κ.λπ.). Επιπλέον, λόγω της έλλειψης ομοιόμορφων προτύπων για την τρισδιάστατη εκτύπωση, η μέθοδος αξιολόγησης για την εκτυπώσιμη ικανότητα των υλικών με βάση το τσιμέντο δεν έχει ακόμη καθοριστεί. Η ικανότητα στοίβαξης του υλικού αξιολογείται από τον αριθμό των εκτυπώσιμων στρωμάτων με σημαντική παραμόρφωση ή το μέγιστο ύψος εκτύπωσης. Οι παραπάνω μέθοδοι αξιολόγησης υπόκεινται σε υψηλή υποκειμενικότητα, χαμηλή καθολικότητα και δυσκίνητη διαδικασία. Η μέθοδος αξιολόγησης απόδοσης έχει μεγάλο δυναμικό και αξία στις εφαρμογές της μηχανικής.
Σε αυτή την εργασία, διαφορετικές δοσολογίες HPMC εισήχθησαν σε υλικά με βάση το τσιμέντο για τη βελτίωση της εκτυπώσιμης ικανότητας του κονιάματος, και οι επιδράσεις της δοσολογίας HPMC στις ιδιότητες του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης αξιολογήθηκαν διεξοδικά μελετώντας την εκτυπώσιμη ικανότητα, τις ρεολογικές ιδιότητες και τις μηχανικές ιδιότητες. Με βάση ιδιότητες όπως η ρευστότητα, επιλέχθηκε το κονίαμα που αναμίχθηκε με τη βέλτιστη ποσότητα HPMC για επαλήθευση εκτύπωσης και δοκιμάστηκαν οι σχετικές παράμετροι της εκτυπωμένης οντότητας. Με βάση τη μελέτη της μικροσκοπικής μορφολογίας του δείγματος, διερευνήθηκε ο εσωτερικός μηχανισμός της εξέλιξης της απόδοσης του υλικού εκτύπωσης. Ταυτόχρονα, καθιερώθηκε το υλικό με βάση το τσιμέντο για τρισδιάστατη εκτύπωση. Μια ολοκληρωμένη μέθοδος αξιολόγησης της εκτυπώσιμης απόδοσης με σκοπό την προώθηση της εφαρμογής της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης στον τομέα των κατασκευών.
Ώρα δημοσίευσης: 27 Σεπτεμβρίου 2022