Tutkimalla eri hydroksipropyylimetyyliselluloosan (HPMC) annosten vaikutusta 3D-tulostuslaastin painettavuuteen, reologisiin ominaisuuksiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin, keskusteltiin HPMC:n sopivasta annostuksesta ja analysoitiin sen vaikutusmekanismia yhdistettynä mikroskooppiseen morfologiaan. Tulokset osoittavat, että laastin juoksevuus heikkenee HPMC-pitoisuuden kasvaessa, eli pursotettavuus heikkenee HPMC-pitoisuuden kasvaessa, mutta juoksevuuden säilyvyys paranee. Pursotettavuus; muodonpidätysnopeus ja tunkeutumisvastus omapainon alla kasvavat merkittävästi HPMC-pitoisuuden kasvaessa, eli HPMC-pitoisuuden kasvaessa pinottavuus paranee ja tulostusaika pitenee; reologian näkökulmasta HPMC-pitoisuuden kasvaessa lietteen näennäinen viskositeetti, myötöraja ja plastinen viskositeetti kasvoivat merkittävästi ja pinottavuus parani; tiksotropia ensin kasvoi ja sitten laski HPMC-pitoisuuden kasvaessa, ja painettavuus parani; HPMC-pitoisuuden nousu Liian korkea pitoisuus lisää laastin huokoisuutta ja lujuutta. On suositeltavaa, että HPMC-pitoisuus ei ylitä 0,20 %.
Viime vuosina 3D-tulostusteknologia (tunnetaan myös nimellä "additiivinen valmistus") on kehittynyt nopeasti ja sitä on käytetty laajalti monilla aloilla, kuten biotekniikassa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sekä taiteellisissa hankkeissa. 3D-tulostusteknologian muotiton prosessi on parantanut huomattavasti materiaalien ja materiaaleihin liittyviä ominaisuuksia. Rakennesuunnittelun joustavuus ja automatisoitu rakennusmenetelmä eivät ainoastaan säästä merkittävästi työvoimaa, vaan ne soveltuvat myös rakennusprojekteihin erilaisissa ankarissa olosuhteissa. 3D-tulostusteknologian ja rakennusalan yhdistelmä on innovatiivinen ja lupaava. Tällä hetkellä sementtipohjaisten materiaalien 3D-tulostuksen edustavia prosesseja ovat suulakepuristuspinoamisprosessi (mukaan lukien ääriviivan muovausprosessi) ja betonitulostus- ja jauheliimausprosessi (D-muotoinen prosessi). Näistä suulakepuristuspinoamisprosessilla on etunaan pieni ero perinteiseen betonimuovausprosessiin verrattuna, suurikokoisten komponenttien korkea toteutettavuus ja alhaiset rakennuskustannukset. Huonompi etu on tullut sementtipohjaisten materiaalien 3D-tulostusteknologian nykyisen tutkimuksen kuumimmiksi kohteiksi.
3D-tulostuksessa ”mustemateriaaleina” käytettävien sementtipohjaisten materiaalien suorituskykyvaatimukset poikkeavat yleisten sementtipohjaisten materiaalien vaatimuksista: toisaalta tuoreiden sementtipohjaisten materiaalien työstettävyydelle on tiettyjä vaatimuksia, ja rakennusprosessin on täytettävä tasaisen pursotuksen vaatimukset. Toisaalta puristetun sementtipohjaisen materiaalin on oltava pinottavaa, eli se ei saa romahtaa tai muuttaa muotoaan merkittävästi oman painonsa ja yläkerroksen paineen vaikutuksesta. Lisäksi 3D-tulostuksen laminointiprosessi tekee kerroksista kerrosten välisiä kerroksia, jotta välikerroksen rajapinnan hyvät mekaaniset ominaisuudet voidaan varmistaa, 3D-tulostetuilla rakennusmateriaaleilla on oltava myös hyvä tarttuvuus. Yhteenvetona voidaan todeta, että pursotettavuuden, pinoavuuden ja hyvän tarttuvuuden suunnittelussa on otettava huomioon samanaikaisesti. Sementtipohjaiset materiaalit ovat yksi edellytyksistä 3D-tulostustekniikan soveltamiselle rakennusalalla. Sementtipohjaisten materiaalien hydrataatioprosessin ja reologisten ominaisuuksien säätäminen on kaksi tärkeää tapaa parantaa edellä mainittua tulostusominaisuutta. Sementtipohjaisten materiaalien hydraatioprosessin säätö Se on vaikea toteuttaa, ja se voi helposti aiheuttaa ongelmia, kuten putkien tukoksia; reologisten ominaisuuksien säätelyn on ylläpidettävä juoksevuutta painoprosessin aikana ja strukturointinopeutta suulakepuristuksen jälkeen. Nykyisessä tutkimuksessa viskositeetin muokkaajia, mineraalilisäaineita, nanosavia jne. käytetään usein sementtipohjaisten materiaalien reologisten ominaisuuksien säätämiseen paremman painotehon saavuttamiseksi.
Hydroksipropyylimetyyliselluloosa (HPMC) on yleinen polymeerisakeuttamisaine. Molekyyliketjun hydroksyyli- ja eetterisidokset voidaan yhdistää vapaaseen veteen vetysidosten kautta. Sen lisääminen betoniin voi parantaa tehokkaasti sen koheesiota ja vedenpidätyskykyä. Tällä hetkellä HPMC:n vaikutusta sementtipohjaisten materiaalien ominaisuuksiin tutkitaan pääasiassa sen juoksevuuden, vedenpidätyskyvyn ja reologian näkökulmasta, ja 3D-tulostettujen sementtipohjaisten materiaalien ominaisuuksista (kuten pursotettavuudesta, pinoamisesta jne.) on tehty vain vähän tutkimusta. Lisäksi 3D-tulostuksen yhtenäisten standardien puutteen vuoksi sementtipohjaisten materiaalien tulostettavuuden arviointimenetelmää ei ole vielä vahvistettu. Materiaalin pinottavuus arvioidaan merkittävästi muodonmuutoksia omaavien tulostettavien kerrosten lukumäärän tai suurimman tulostuskorkeuden perusteella. Edellä mainitut arviointimenetelmät ovat alttiita korkealle subjektiivisuuden, heikon universaalisuuden ja kömpelön prosessin. Suorituskyvyn arviointimenetelmällä on suuri potentiaali ja arvo tekniikan sovelluksissa.
Tässä artikkelissa sementtipohjaisiin materiaaleihin lisättiin erilaisia HPMC-annoksia laastin painettavuuden parantamiseksi, ja HPMC-annostuksen vaikutuksia 3D-tulostuslaastin ominaisuuksiin arvioitiin kattavasti tutkimalla painettavuutta, reologisia ominaisuuksia ja mekaanisia ominaisuuksia. Ominaisuuksien, kuten juoksevuuden, perusteella valittiin arviointitulosten perusteella optimaalisen HPMC-määrän kanssa sekoitettu laasti tulostuksen varmentamista varten, ja testattiin tulostetun kappaleen asiaankuuluvia parametreja. Näytteen mikroskooppisen morfologian tutkimuksen perusteella tutkittiin tulostusmateriaalin suorituskyvyn kehityksen sisäistä mekanismia. Samalla luotiin 3D-tulostettu sementtipohjainen materiaali. Tulostuskyvyn kattava arviointimenetelmä 3D-tulostusteknologian soveltamisen edistämiseksi rakennusalalla.
Julkaisun aika: 27.9.2022