हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोजचा ३डी प्रिंटिंग मोर्टारच्या गुणधर्मांवर होणारा परिणाम

हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (HPMC) च्या वेगवेगळ्या डोसचा 3D प्रिंटिंग मोर्टारच्या प्रिंटिबिलिटी, रिओलॉजिकल गुणधर्म आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर होणाऱ्या परिणामाचा अभ्यास करून, HPMC च्या योग्य डोसवर चर्चा करण्यात आली आणि सूक्ष्मदर्शीय आकारविज्ञानासह त्याच्या प्रभाव यंत्रणेचे विश्लेषण करण्यात आले. निकालांवरून असे दिसून येते की, HPMC चे प्रमाण वाढल्याने मोर्टारची तरलता कमी होते, म्हणजेच HPMC चे प्रमाण वाढल्याने एक्सट्रूडेबिलिटी कमी होते, परंतु तरलता टिकवून ठेवण्याची क्षमता सुधारते. HPMC चे प्रमाण वाढल्याने एक्सट्रूडेबिलिटी; आकार टिकवून ठेवण्याचा दर आणि स्व-वजनाखालील प्रवेश प्रतिरोध लक्षणीयरीत्या वाढतात, म्हणजेच, HPMC चे प्रमाण वाढल्याने स्टॅकिबिलिटी सुधारते आणि प्रिंटिंगचा वेळ वाढतो; रिओलॉजीच्या दृष्टिकोनातून, HPMC चे प्रमाण वाढल्याने स्लरीची आभासी चिकटपणा, यिल्ड स्ट्रेस आणि प्लॅस्टिक चिकटपणा लक्षणीयरीत्या वाढला आणि स्टॅकिबिलिटी सुधारली; HPMC चे प्रमाण वाढल्याने थिक्सोट्रॉपी प्रथम वाढली आणि नंतर कमी झाली, आणि प्रिंटिबिलिटी सुधारली; HPMC चे प्रमाण खूप जास्त वाढल्यास मोर्टारची सच्छिद्रता आणि ताकद वाढते. HPMC चे प्रमाण 0.20% पेक्षा जास्त नसावे अशी शिफारस केली जाते.

अलिकडच्या वर्षांत, ३डी प्रिंटिंग (ज्याला 'ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग' असेही म्हणतात) तंत्रज्ञानाचा वेगाने विकास झाला आहे आणि जैवअभियांत्रिकी, अंतराळ आणि कलात्मक निर्मिती यांसारख्या अनेक क्षेत्रांमध्ये त्याचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात आहे. ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाच्या साच्याशिवायच्या प्रक्रियेमुळे सामग्री आणि संरचनात्मक डिझाइनची लवचिकता मोठ्या प्रमाणात सुधारली आहे आणि त्याची स्वयंचलित बांधकाम पद्धत केवळ मनुष्यबळाची मोठ्या प्रमाणात बचत करत नाही, तर विविध खडतर वातावरणातील बांधकाम प्रकल्पांसाठी देखील उपयुक्त आहे. ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञान आणि बांधकाम क्षेत्राचा संयोग नाविन्यपूर्ण आणि आशादायक आहे. सध्या, सिमेंट-आधारित सामग्रीच्या ३डी प्रिंटिंगच्या प्रातिनिधिक प्रक्रिया म्हणजे एक्सट्रूजन स्टॅकिंग प्रक्रिया (ज्यात कॉन्टूर प्रक्रिया कॉन्टूर क्राफ्टिंगचा समावेश आहे) आणि काँक्रीट प्रिंटिंग व पावडर बाँडिंग प्रक्रिया (डी-शेप प्रक्रिया). त्यापैकी, एक्सट्रूजन स्टॅकिंग प्रक्रियेचे फायदे म्हणजे पारंपरिक काँक्रीट मोल्डिंग प्रक्रियेपेक्षा कमी फरक, मोठ्या आकाराच्या घटकांची उच्च व्यवहार्यता आणि बांधकाम खर्च. हा एक महत्त्वाचा फायदा आहे जो सध्या सिमेंट-आधारित सामग्रीच्या ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाच्या संशोधनाचा मुख्य विषय बनला आहे.

३डी प्रिंटिंगसाठी 'इंक मटेरियल' म्हणून वापरल्या जाणाऱ्या सिमेंट-आधारित सामग्रीच्या कार्यक्षमतेच्या आवश्यकता सामान्य सिमेंट-आधारित सामग्रीपेक्षा वेगळ्या असतात: एकीकडे, ताज्या मिसळलेल्या सिमेंट-आधारित सामग्रीच्या कार्यक्षमतेसाठी काही विशिष्ट आवश्यकता असतात आणि बांधकाम प्रक्रियेत सहज एक्सट्रूजनच्या (extrusion) आवश्यकता पूर्ण करणे आवश्यक असते. दुसरीकडे, एक्सट्रूड केलेली सिमेंट-आधारित सामग्री एकावर एक रचता येण्याजोगी (stackable) असणे आवश्यक आहे, म्हणजेच, ती स्वतःच्या वजनाने आणि वरच्या थराच्या दाबामुळे कोसळणार नाही किंवा लक्षणीयरीत्या विकृत होणार नाही. याव्यतिरिक्त, ३डी प्रिंटिंगच्या लॅमिनेशन प्रक्रियेमुळे थरांमधील आंतर-थर इंटरफेस क्षेत्राचे चांगले यांत्रिक गुणधर्म सुनिश्चित करण्यासाठी, ३डी प्रिंटिंग बांधकाम सामग्रीमध्ये चांगले आसंजन (adhesion) देखील असले पाहिजे. थोडक्यात, एक्सट्रूडेबिलिटी, स्टॅकेबिलिटी आणि उच्च आसंजन यांची रचना एकाच वेळी केली जाते. बांधकाम क्षेत्रात ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाच्या वापरासाठी सिमेंट-आधारित सामग्री ही एक पूर्वअट आहे. सिमेंटयुक्त सामग्रीच्या हायड्रेशन प्रक्रियेत आणि रिओलॉजिकल गुणधर्मांमध्ये बदल करणे हे वरील प्रिंटिंग कार्यक्षमता सुधारण्याचे दोन महत्त्वाचे मार्ग आहेत. सिमेंटयुक्त पदार्थांच्या जलयोजन प्रक्रियेचे समायोजन करणे अवघड असून त्यामुळे पाईपमध्ये अडथळा येण्यासारख्या समस्या निर्माण होण्याची शक्यता असते; तसेच, प्रिंटिंग प्रक्रियेदरम्यान तरलता आणि एक्सट्रूजन मोल्डिंगनंतर संरचनेचा वेग कायम राखण्यासाठी रियोलॉजिकल गुणधर्मांचे नियमन करणे आवश्यक असते. सध्याच्या संशोधनात, उत्तम प्रिंटिंग कामगिरी साध्य करण्यासाठी सिमेंट-आधारित पदार्थांचे रियोलॉजिकल गुणधर्म समायोजित करण्याकरिता व्हिस्कोसिटी मॉडिफायर्स, खनिज मिश्रणे, नॅनोक्ले इत्यादींचा वारंवार वापर केला जातो.

हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (HPMC) हा एक सामान्य पॉलिमर थिकनर आहे. त्याच्या रेणू साखळीवरील हायड्रॉक्सिल आणि इथर बंध हायड्रोजन बंधांद्वारे मुक्त पाण्याशी जोडले जाऊ शकतात. काँक्रीटमध्ये त्याचा समावेश केल्याने त्याची सुसंबद्धता आणि पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता प्रभावीपणे सुधारते. सध्या, सिमेंट-आधारित पदार्थांच्या गुणधर्मांवर HPMC च्या परिणामावरील संशोधन हे प्रामुख्याने त्याची तरलता, पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता आणि रिओलॉजी यांवरील परिणामावर केंद्रित आहे, आणि 3D प्रिंटिंग सिमेंट-आधारित पदार्थांच्या गुणधर्मांवर (जसे की एक्सट्रूडेबिलिटी, स्टॅकेबिलिटी, इत्यादी) फारच कमी संशोधन झाले आहे. याव्यतिरिक्त, 3D प्रिंटिंगसाठी एकसमान मानकांच्या अभावामुळे, सिमेंट-आधारित पदार्थांच्या प्रिंटेबिलिटीसाठी मूल्यांकन पद्धत अद्याप स्थापित झालेली नाही. पदार्थाच्या स्टॅकेबिलिटीचे मूल्यांकन लक्षणीय विकृतीसह प्रिंट करण्यायोग्य थरांच्या संख्येवरून किंवा कमाल प्रिंटिंग उंचीवरून केले जाते. वरील मूल्यांकन पद्धतींमध्ये उच्च व्यक्तिनिष्ठता, कमी सार्वत्रिकता आणि किचकट प्रक्रिया यांचा समावेश आहे. कार्यप्रदर्शन मूल्यांकन पद्धतीमध्ये अभियांत्रिकी उपयोगात मोठी क्षमता आणि मूल्य आहे.

या शोधनिबंधात, मोर्टारची प्रिंट करण्यायोग्यता सुधारण्यासाठी सिमेंट-आधारित सामग्रीमध्ये HPMC चे विविध डोस समाविष्ट केले गेले आणि प्रिंट करण्यायोग्यता, रियोलॉजिकल गुणधर्म आणि यांत्रिक गुणधर्मांचा अभ्यास करून 3D प्रिंटिंग मोर्टारच्या गुणधर्मांवर HPMC डोसच्या परिणामांचे सर्वसमावेशक मूल्यांकन केले गेले. प्रवाहीपणासारख्या गुणधर्मांच्या मूल्यांकनाच्या निकालांवर आधारित, HPMC च्या इष्टतम प्रमाणात मिसळलेला मोर्टार प्रिंटिंग पडताळणीसाठी निवडला गेला आणि प्रिंट केलेल्या घटकाच्या संबंधित पॅरामीटर्सची चाचणी केली गेली; नमुन्याच्या सूक्ष्मदर्शीय आकारविज्ञानाच्या अभ्यासावर आधारित, प्रिंटिंग सामग्रीच्या कार्यक्षमतेच्या उत्क्रांतीची अंतर्गत यंत्रणा शोधली गेली. त्याच वेळी, बांधकाम क्षेत्रात 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाच्या वापराला प्रोत्साहन देण्यासाठी 3D प्रिंटिंग सिमेंट-आधारित सामग्रीच्या प्रिंट करण्यायोग्य कार्यक्षमतेची एक सर्वसमावेशक मूल्यांकन पद्धत स्थापित केली गेली.