A hidroxipropil-metilcellulóz (HPMC) különböző dózisainak a 3D nyomtatási habarcs nyomtathatóságára, reológiai tulajdonságaira és mechanikai tulajdonságaira gyakorolt hatását vizsgálva megvitatták a HPMC megfelelő dózisát, és elemezték annak hatásmechanizmusát a mikroszkopikus morfológiával kombinálva. Az eredmények azt mutatják, hogy a habarcs folyékonysága a HPMC-tartalom növekedésével csökken, azaz az extrudálhatóság a HPMC-tartalom növekedésével csökken, de a folyékonyság-megtartó képesség javul. Az extrudálhatóság; az alaktartási sebesség és az önsúly alatti behatolási ellenállás jelentősen növekszik a HPMC-tartalom növekedésével, azaz a HPMC-tartalom növekedésével javul a halmozhatóság és meghosszabbodik a nyomtatási idő; reológiai szempontból a HPMC-tartalom növekedésével a zagy látszólagos viszkozitása, folyáshatára és plasztikus viszkozitása jelentősen nőtt, és javult a halmozhatóság; a tixotrópia először nőtt, majd csökkent a HPMC-tartalom növekedésével, és javult a nyomtathatóság; A HPMC-tartalom növekedése A túl magas érték a habarcs porozitásának növekedését és a szilárdság csökkenését okozza. Javasolt, hogy a HPMC-tartalom ne haladja meg a 0,20%-ot.
Az elmúlt években a 3D nyomtatási technológia (más néven „additív gyártás”) gyorsan fejlődött, és széles körben alkalmazzák számos területen, például a biomérnöki tudományokban, a repülőgépiparban és a művészeti alkotásokban. A 3D nyomtatási technológia formamentes eljárása jelentősen javította az anyagminőséget, és a szerkezettervezés rugalmassága, valamint az automatizált építési módszer nemcsak jelentősen megtakarítja a munkaerőt, hanem alkalmassá teszi különféle zord környezetben zajló építési projektekhez is. A 3D nyomtatási technológia és az építőipar kombinációja innovatív és ígéretes. Jelenleg a cementalapú anyagok 3D nyomtatásának reprezentatív eljárásai az extrudálásos rétegezés (beleértve a kontúrkészítést is), valamint a betonnyomtatás és porkötés (D-alakú eljárás). Ezek közül az extrudálásos rétegezés előnyei a hagyományos betonformázási eljárástól való kis eltérés, a nagyméretű alkatrészek magas megvalósíthatósága és az építési költségek. A hátrányok a cementalapú anyagok 3D nyomtatási technológiájának jelenlegi kutatási gócpontjaivá váltak.
A 3D nyomtatáshoz „tintaanyagként” használt cementalapú anyagok teljesítménykövetelményei eltérnek az általános cementalapú anyagokétól: egyrészt bizonyos követelmények vonatkoznak a frissen kevert cementalapú anyagok bedolgozhatóságára, és az építési folyamatnak meg kell felelnie a sima extrudálás követelményeinek. Másrészt az extrudált cementalapú anyagnak egymásra rakhatónak kell lennie, azaz nem omlik össze és nem deformálódik jelentősen a saját súlya és a felső réteg nyomása alatt. Ezenkívül a 3D nyomtatás laminálási folyamata során a rétegek közötti rétegeket úgy alakítják ki, hogy a közbenső réteg határfelületének jó mechanikai tulajdonságait biztosítsák, a 3D nyomtatású építőanyagoknak jó tapadást is kell biztosítaniuk. Összefoglalva, az extrudálhatóság, az egymásra rakhatóság és a nagy tapadás kialakítása egyidejűleg történik. A cementalapú anyagok a 3D nyomtatási technológia építőiparban történő alkalmazásának egyik előfeltétele. A cementalapú anyagok hidratációs folyamatának és reológiai tulajdonságainak beállítása két fontos módja a fenti nyomtatási teljesítmény javításának. A cementalapú anyagok hidratációs folyamatának beállítása Nehéz megvalósítani, és könnyen okozhat olyan problémákat, mint a csővezeték elzáródása; a reológiai tulajdonságok szabályozásának fenn kell tartania a folyékonyságot a nyomtatási folyamat során, valamint a strukturálási sebességet az extrudálás után. A jelenlegi kutatásokban viszkozitásmódosítókat, ásványi adalékokat, nanoclay-eket stb. gyakran használnak a cementalapú anyagok reológiai tulajdonságainak beállítására a jobb nyomtatási teljesítmény elérése érdekében.
A hidroxipropil-metilcellulóz (HPMC) egy gyakori polimer sűrítőanyag. A molekulalánc hidroxil- és éterkötései hidrogénkötéseken keresztül szabad vízzel egyesülhetnek. A betonba való beépítése hatékonyan javíthatja annak kohézióját és vízvisszatartását. Jelenleg a HPMC cementalapú anyagok tulajdonságaira gyakorolt hatásának kutatása főként a folyékonyságra, vízvisszatartásra és reológiára gyakorolt hatására összpontosít, és kevés kutatás történt a 3D nyomtatású cementalapú anyagok tulajdonságaival (például extrudálhatóság, egymásra rakhatóság stb.). Ezenkívül a 3D nyomtatásra vonatkozó egységes szabványok hiánya miatt a cementalapú anyagok nyomtathatóságának értékelési módszere még nem alakult ki. Az anyag egymásra rakhatóságát a jelentős deformációjú nyomtatható rétegek száma vagy a maximális nyomtatási magasság alapján értékelik. A fenti értékelési módszerek nagyfokú szubjektivitásra, gyenge univerzalitásra és nehézkes folyamatra hajlamosak. A teljesítményértékelési módszer nagy potenciállal és értékkel bír a mérnöki alkalmazásokban.
Ebben a tanulmányban különböző HPMC-dózisokat vittünk be cementalapú anyagokba a habarcs nyomtathatóságának javítása érdekében, és a HPMC-dózis 3D nyomtatási habarcs tulajdonságaira gyakorolt hatását átfogóan értékeltük a nyomtathatóság, a reológiai tulajdonságok és a mechanikai tulajdonságok vizsgálatával. Olyan tulajdonságok alapján, mint a folyékonyság, az értékelési eredmények alapján kiválasztottuk az optimális mennyiségű HPMC-vel kevert habarcsot a nyomtatás ellenőrzéséhez, és teszteltük a nyomtatott entitás releváns paramétereit; a minta mikroszkopikus morfológiájának vizsgálata alapján feltártuk a nyomtatási anyag teljesítményfejlődésének belső mechanizmusát. Ezzel egyidejűleg létrehoztunk egy átfogó módszert a nyomtatható teljesítmény értékelésére a 3D nyomtatási technológia építőiparban való alkalmazásának elősegítése érdekében.
Közzététel ideje: 2022. szeptember 27.