با مطالعه تأثیر دوزهای مختلف هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) بر قابلیت چاپ، خواص رئولوژیکی و خواص مکانیکی ملات چاپ سهبعدی، دوز مناسب HPMC مورد بحث قرار گرفت و مکانیسم تأثیر آن همراه با مورفولوژی میکروسکوپی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان میدهد که سیالیت ملات با افزایش محتوای HPMC کاهش مییابد، یعنی قابلیت اکسترود شدن با افزایش محتوای HPMC کاهش مییابد، اما قابلیت حفظ سیالیت بهبود مییابد. قابلیت اکسترود شدن؛ نرخ حفظ شکل و مقاومت در برابر نفوذ تحت وزن خود با افزایش محتوای HPMC به طور قابل توجهی افزایش مییابد، یعنی با افزایش محتوای HPMC، قابلیت روی هم قرار گرفتن بهبود مییابد و زمان چاپ طولانیتر میشود. از نقطه نظر رئولوژی، با افزایش محتوای HPMC، ویسکوزیته ظاهری، تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیک دوغاب به طور قابل توجهی افزایش مییابد و قابلیت روی هم قرار گرفتن بهبود مییابد. تیکسوتروپی ابتدا افزایش و سپس با افزایش محتوای HPMC کاهش مییابد و قابلیت چاپ بهبود مییابد. افزایش مقدار HPMC اگر مقدار آن خیلی زیاد باشد، باعث افزایش تخلخل ملات و کاهش مقاومت میشود. توصیه میشود مقدار HPMC از 0.20٪ تجاوز نکند.
در سالهای اخیر، فناوری چاپ سهبعدی (که با نام «تولید افزایشی» نیز شناخته میشود) به سرعت توسعه یافته و در زمینههای بسیاری مانند مهندسی زیستی، هوافضا و خلق آثار هنری به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. فرآیند بدون قالب فناوری چاپ سهبعدی، مواد و مصالح را تا حد زیادی بهبود بخشیده است. انعطافپذیری طراحی سازه و روش ساخت خودکار آن نه تنها باعث صرفهجویی زیادی در نیروی انسانی میشود، بلکه برای پروژههای ساختمانی در محیطهای مختلف و خشن نیز مناسب است. ترکیب فناوری چاپ سهبعدی و حوزه ساخت و ساز نوآورانه و امیدوارکننده است. در حال حاضر، مواد مبتنی بر سیمان، فرآیند نمونه چاپ سهبعدی، فرآیند انباشت اکستروژن (شامل فرآیند کانتورینگ کانتور) و فرآیند چاپ بتن و اتصال پودری (فرآیند D شکل) است. در میان آنها، فرآیند انباشت اکستروژن دارای مزایایی از جمله تفاوت اندک با فرآیند قالبگیری بتن سنتی، امکانسنجی بالای اجزای بزرگ و هزینههای ساخت و ساز است. مزیت پایینتر، به نقاط داغ تحقیقاتی فعلی فناوری چاپ سهبعدی مواد مبتنی بر سیمان تبدیل شده است.
برای مواد پایه سیمانی که به عنوان "مواد جوهر" برای چاپ سه بعدی استفاده میشوند، الزامات عملکردی آنها با مواد پایه سیمانی عمومی متفاوت است: از یک طرف، الزامات خاصی برای کارایی مواد پایه سیمانی تازه مخلوط شده وجود دارد و فرآیند ساخت باید الزامات اکستروژن روان را برآورده کند. از طرف دیگر، مواد پایه سیمانی اکسترود شده باید قابلیت روی هم قرار گرفتن داشته باشند، یعنی تحت تأثیر وزن خود و فشار لایه بالایی، دچار فروپاشی یا تغییر شکل قابل توجهی نشوند. علاوه بر این، فرآیند لایه گذاری چاپ سه بعدی باعث میشود لایهها بین لایهها قرار گیرند. برای اطمینان از خواص مکانیکی خوب ناحیه رابط بین لایهها، مصالح ساختمانی چاپ سه بعدی باید چسبندگی خوبی نیز داشته باشند. به طور خلاصه، طراحی قابلیت اکسترود شدن، قابلیت روی هم قرار گرفتن و چسبندگی بالا به طور همزمان طراحی میشود. مواد پایه سیمانی یکی از پیش نیازهای کاربرد فناوری چاپ سه بعدی در زمینه ساخت و ساز هستند. تنظیم فرآیند هیدراتاسیون و خواص رئولوژیکی مواد سیمانی دو راه مهم برای بهبود عملکرد چاپ فوق هستند. تنظیم فرآیند هیدراتاسیون مواد سیمانی: اجرای آن دشوار است و به راحتی میتواند مشکلاتی مانند انسداد لوله ایجاد کند؛ و تنظیم خواص رئولوژیکی نیاز به حفظ سیالیت در طول فرآیند چاپ و سرعت ساختاردهی پس از قالبگیری اکستروژن دارد. در تحقیق حاضر، اصلاحکنندههای ویسکوزیته، افزودنیهای معدنی، نانورسها و غیره اغلب برای تنظیم خواص رئولوژیکی مواد پایه سیمانی برای دستیابی به عملکرد چاپ بهتر استفاده میشوند.
هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) یک غلیظکننده پلیمری رایج است. پیوندهای هیدروکسیل و اتر روی زنجیره مولکولی میتوانند از طریق پیوندهای هیدروژنی با آب آزاد ترکیب شوند. وارد کردن آن به بتن میتواند به طور مؤثر چسبندگی و حفظ آب آن را بهبود بخشد. در حال حاضر، تحقیقات در مورد تأثیر HPMC بر خواص مواد پایه سیمانی عمدتاً بر تأثیر آن بر سیالیت، حفظ آب و رئولوژی متمرکز است و تحقیقات کمی در مورد خواص مواد پایه سیمانی چاپ سهبعدی (مانند قابلیت اکسترود شدن، قابلیت انباشتگی و غیره) انجام شده است. علاوه بر این، به دلیل عدم وجود استانداردهای یکسان برای چاپ سهبعدی، روش ارزیابی قابلیت چاپ مواد پایه سیمانی هنوز مشخص نشده است. قابلیت انباشتگی مواد با تعداد لایههای قابل چاپ با تغییر شکل قابل توجه یا حداکثر ارتفاع چاپ ارزیابی میشود. روشهای ارزیابی فوق دارای ذهنیگرایی بالا، جهانی بودن ضعیف و فرآیند دست و پا گیر هستند. روش ارزیابی عملکرد پتانسیل و ارزش زیادی در کاربردهای مهندسی دارد.
در این مقاله، دوزهای مختلف HPMC به مواد پایه سیمانی اضافه شد تا قابلیت چاپ ملات بهبود یابد و اثرات دوز HPMC بر خواص ملات چاپ سهبعدی با مطالعه قابلیت چاپ، خواص رئولوژیکی و خواص مکانیکی به طور جامع ارزیابی شد. بر اساس خواصی مانند سیالیت. بر اساس نتایج ارزیابی، ملات مخلوط شده با مقدار بهینه HPMC برای تأیید چاپ انتخاب شد و پارامترهای مربوط به جسم چاپشده آزمایش شدند. بر اساس مطالعه مورفولوژی میکروسکوپی نمونه، مکانیسم داخلی تکامل عملکرد ماده چاپ بررسی شد. همزمان، ماده پایه سیمانی چاپ سهبعدی ایجاد شد. یک روش ارزیابی جامع از عملکرد قابل چاپ به منظور ترویج کاربرد فناوری چاپ سهبعدی در حوزه ساختوساز.
زمان ارسال: ۲۷ سپتامبر ۲۰۲۲