Z proučevanjem vpliva različnih odmerkov hidroksipropil metilceluloze (HPMC) na tiskovnost, reološke lastnosti in mehanske lastnosti malte za 3D-tiskanje je bil obravnavan ustrezen odmerek HPMC in analiziran njegov mehanizem vpliva v kombinaciji z mikroskopsko morfologijo. Rezultati kažejo, da se tekočnost malte zmanjšuje z naraščanjem vsebnosti HPMC, kar pomeni, da se ekstrudabilnost zmanjšuje z naraščanjem vsebnosti HPMC, vendar se sposobnost zadrževanja tekočnosti izboljša. Ekstrudabilnost, stopnja zadrževanja oblike in odpornost proti penetraciji pod lastno težo se znatno povečajo z naraščanjem vsebnosti HPMC, kar pomeni, da se z naraščanjem vsebnosti HPMC izboljša zlaganje in podaljša čas tiskanja; z reološkega vidika se z naraščanjem vsebnosti HPMC znatno povečajo navidezna viskoznost, napetost tečenja in plastična viskoznost brozge, izboljša pa se tudi zlaganje; tiksotropija se je najprej povečala, nato pa se je z naraščanjem vsebnosti HPMC zmanjšala, tiskovnost pa se je izboljšala; Povečana vsebnost HPMC. Previsoka vsebnost bo povzročila povečanje poroznosti malte in trdnosti. Priporočljivo je, da vsebnost HPMC ne presega 0,20 %.
V zadnjih letih se je tehnologija 3D-tiskanja (znana tudi kot »aditivna proizvodnja«) hitro razvila in se široko uporablja na številnih področjih, kot so bioinženiring, vesoljska industrija in umetniško ustvarjanje. Postopek 3D-tiskanja brez kalupov je močno izboljšal materiale in prilagodljivost konstrukcijske zasnove ter njena avtomatizirana metoda gradnje ne le močno prihranita delovno silo, temveč sta primerna tudi za gradbene projekte v različnih zahtevnih okoljih. Kombinacija tehnologije 3D-tiskanja in gradbeništva je inovativna in obetavna. Trenutno sta za 3D-tiskanje materialov na osnovi cementa značilna postopek ekstruzijskega zlaganja (vključno s postopkom konturnega oblikovanja) in postopek tiskanja in prašnega lepljenja betona (postopek v obliki črke D). Med njimi ima postopek ekstruzijskega zlaganja prednosti majhne razlike v primerjavi s tradicionalnim postopkom oblikovanja betona, visoke izvedljivosti velikih komponent in visokih stroškov gradnje. Slaba prednost je postala trenutno raziskovalno področje tehnologije 3D-tiskanja materialov na osnovi cementa.
Za materiale na osnovi cementa, ki se uporabljajo kot "črnilni materiali" za 3D-tiskanje, se zahteve glede zmogljivosti razlikujejo od zahtev za splošne materiale na osnovi cementa: po eni strani obstajajo določene zahteve glede obdelavnosti sveže mešanih materialov na osnovi cementa, postopek gradnje pa mora izpolnjevati zahteve glede gladkega iztiskanja. Po drugi strani pa mora biti ekstrudirani material na osnovi cementa zložljiv, kar pomeni, da se ne bo bistveno zrušil ali deformiral pod vplivom lastne teže in pritiska zgornje plasti. Poleg tega postopek laminiranja pri 3D-tiskanju omogoča, da se plasti med plastmi zlijejo. Da bi zagotovili dobre mehanske lastnosti medplastnega stičišča, morajo imeti gradbeni materiali za 3D-tiskanje tudi dober oprijem. Skratka, zasnova ekstrudiranja, zlaganja in visokega oprijema se zasnuje hkrati. Materiali na osnovi cementa so eden od predpogojev za uporabo tehnologije 3D-tiskanja na področju gradbeništva. Prilagajanje procesa hidratacije in reoloških lastnosti cementnih materialov sta dva pomembna načina za izboljšanje zgoraj omenjene zmogljivosti tiskanja. Prilagoditev procesa hidratacije cementnih materialov je težko izvedljiva in zlahka povzroči težave, kot je blokada cevi; regulacija reoloških lastnosti pa mora ohranjati tekočnost med postopkom tiskanja in hitrost strukturiranja po ekstruzijskem oblikovanju. V trenutnih raziskavah se za prilagajanje reoloških lastnosti materialov na osnovi cementa za doseganje boljše učinkovitosti tiskanja pogosto uporabljajo modifikatorji viskoznosti, mineralni dodatki, nanogline itd.
Hidroksipropil metilceluloza (HPMC) je pogosto polimerno zgoščevalo. Hidroksilne in etrske vezi v molekularni verigi se lahko kombinirajo s prosto vodo prek vodikovih vezi. Njena uvedba v beton lahko učinkovito izboljša njegovo kohezijo in zadrževanje vode. Trenutno so raziskave o vplivu HPMC na lastnosti materialov na osnovi cementa večinoma osredotočene na njegov vpliv na fluidnost, zadrževanje vode in reologijo, le malo pa je bilo opravljenih o lastnostih materialov na osnovi cementa, pridobljenih s 3D-tiskanjem (kot so ekstrudabilnost, zložljivost itd.). Poleg tega zaradi pomanjkanja enotnih standardov za 3D-tiskanje metoda ocenjevanja tiskanosti materialov na osnovi cementa še ni bila določena. Zložljivost materiala se ocenjuje s številom tiskanih plasti z znatno deformacijo ali največjo višino tiskanja. Zgornje metode ocenjevanja so podvržene visoki subjektivnosti, slabi univerzalnosti in okornemu postopku. Metoda ocenjevanja učinkovitosti ima velik potencial in vrednost v inženirski uporabi.
V tem članku so bili v materiale na osnovi cementa vneseni različni odmerki HPMC za izboljšanje tiskanja malte, učinki odmerka HPMC na lastnosti malte za 3D tiskanje pa so bili celovito ocenjeni s preučevanjem tiskanja, reoloških lastnosti in mehanskih lastnosti. Na podlagi lastnosti, kot je tekočnost, je bila za preverjanje tiskanja izbrana malta, pomešana z optimalno količino HPMC, in preizkušeni so bili ustrezni parametri tiskanega predmeta; na podlagi preučevanja mikroskopske morfologije vzorca je bil raziskan notranji mehanizem razvoja učinkovitosti tiskanega materiala. Hkrati je bila vzpostavljena metoda za 3D tiskanje na osnovi cementa. Celovita metoda za ocenjevanje tiskanja z namenom spodbujanja uporabe tehnologije 3D tiskanja na področju gradbeništva.
Čas objave: 27. september 2022