Hidroksipropil metilselülozun (HPMC) farklı dozajlarının 3 boyutlu baskı harcının baskı kalitesi, reolojik özellikleri ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisini inceleyerek, uygun HPMC dozajı tartışıldı ve mikroskobik morfoloji ile birlikte etki mekanizması analiz edildi. Sonuçlar, harcın akışkanlığının HPMC içeriğinin artmasıyla azaldığını, yani ekstrüzyon yeteneğinin HPMC içeriğinin artmasıyla azaldığını, ancak akışkanlık tutma yeteneğinin iyileştiğini göstermektedir. Ekstrüzyon yeteneği; şekil koruma oranı ve kendi ağırlığı altında penetrasyon direnci, HPMC içeriğinin artmasıyla önemli ölçüde artmaktadır, yani istiflenebilirlik iyileşir ve baskı süresi uzar; reoloji açısından, HPMC içeriğinin artmasıyla harcın görünür viskozitesi, akma gerilimi ve plastik viskozitesi önemli ölçüde artar ve istiflenebilirlik iyileşir; tiksotropi, HPMC içeriğinin artmasıyla önce artar sonra azalır ve baskı kalitesi iyileşir. HPMC içeriğinin çok fazla artması harcın gözenekliliğinin artmasına ve mukavemetinin düşmesine neden olur. HPMC içeriğinin %0,20'yi geçmemesi önerilir.
Son yıllarda, 3 boyutlu baskı (aynı zamanda "katmanlı üretim" olarak da bilinir) teknolojisi hızla gelişmiş ve biyomühendislik, havacılık ve sanat yaratımı gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. 3 boyutlu baskı teknolojisinin kalıpsız süreci, malzeme ve yapısal tasarım esnekliğini büyük ölçüde geliştirmiş ve otomatikleştirilmiş inşaat yöntemi, iş gücünden büyük ölçüde tasarruf sağlamanın yanı sıra, çeşitli zorlu ortamlardaki inşaat projeleri için de uygundur. 3 boyutlu baskı teknolojisi ile inşaat alanının birleşimi yenilikçi ve umut vericidir. Şu anda, çimento esaslı malzemelerin 3 boyutlu baskısında temsili süreçler, ekstrüzyon istifleme süreci (kontur işleme süreci dahil) ve beton baskı ve toz bağlama sürecidir (D-şekil süreci). Bunlar arasında, ekstrüzyon istifleme süreci, geleneksel beton kalıplama sürecinden küçük bir farka sahip olması, büyük boyutlu bileşenlerin yüksek uygulanabilirliği ve inşaat maliyetleri gibi avantajlara sahip olması nedeniyle, çimento esaslı malzemelerin 3 boyutlu baskı teknolojisinin güncel araştırma odak noktası haline gelmiştir.
3D baskı için “mürekkep malzemesi” olarak kullanılan çimento esaslı malzemeler için performans gereksinimleri, genel çimento esaslı malzemelerden farklıdır: Bir yandan, yeni karıştırılmış çimento esaslı malzemelerin işlenebilirliği için belirli gereksinimler vardır ve inşaat sürecinin düzgün ekstrüzyon gereksinimlerini karşılaması gerekir; diğer yandan, ekstrüde edilen çimento esaslı malzemenin istiflenebilir olması, yani kendi ağırlığı ve üst katmanın basıncı altında önemli ölçüde çökmemesi veya deforme olmaması gerekir. Ayrıca, 3D baskının laminasyon işlemi, katmanlar arasındaki ara katman arayüz alanının iyi mekanik özelliklerini sağlamak için, 3D baskı yapı malzemelerinin iyi yapışma özelliğine de sahip olması gerekir. Özetle, ekstrüzyon yeteneği, istiflenebilirlik ve yüksek yapışma aynı anda tasarlanır. Çimento esaslı malzemeler, inşaat alanında 3D baskı teknolojisinin uygulanması için ön koşullardan biridir. Çimentolu malzemelerin hidratasyon sürecini ve reolojik özelliklerini ayarlamak, yukarıdaki baskı performansını iyileştirmenin iki önemli yoludur. Çimento esaslı malzemelerin hidratasyon sürecinin ayarlanması zordur ve boru tıkanması gibi sorunlara yol açması kolaydır; ayrıca reolojik özelliklerin düzenlenmesi, baskı işlemi sırasında akışkanlığın ve ekstrüzyon kalıplama sonrası yapılandırma hızının korunmasını gerektirir. Mevcut araştırmalarda, daha iyi baskı performansı elde etmek için çimento esaslı malzemelerin reolojik özelliklerini ayarlamak amacıyla genellikle viskozite düzenleyiciler, mineral katkı maddeleri, nanokiller vb. kullanılmaktadır.
Hidroksipropil metilselüloz (HPMC), yaygın bir polimer kıvamlaştırıcıdır. Moleküler zincirdeki hidroksil ve eter bağları, hidrojen bağları yoluyla serbest su ile birleşebilir. Betona eklenmesi, kohezyonunu ve su tutma kapasitesini etkili bir şekilde artırabilir. Şu anda, HPMC'nin çimento esaslı malzemelerin özellikleri üzerindeki etkisine ilişkin araştırmalar çoğunlukla akışkanlık, su tutma ve reoloji üzerindeki etkisine odaklanmıştır ve 3D baskı çimento esaslı malzemelerin özellikleri (ekstrüzyon yeteneği, istiflenebilirlik vb.) üzerine çok az araştırma yapılmıştır. Ayrıca, 3D baskı için tek tip standartların olmaması nedeniyle, çimento esaslı malzemelerin baskı yeteneğinin değerlendirme yöntemi henüz oluşturulmamıştır. Malzemenin istiflenebilirliği, önemli deformasyona sahip baskı katmanlarının sayısı veya maksimum baskı yüksekliği ile değerlendirilir. Yukarıdaki değerlendirme yöntemleri yüksek derecede öznelliğe, düşük evrenselliğe ve zahmetli bir sürece tabidir. Performans değerlendirme yöntemi, mühendislik uygulamalarında büyük potansiyel ve değere sahiptir.
Bu çalışmada, harcın baskı özelliklerini iyileştirmek amacıyla çimento esaslı malzemelere farklı dozlarda HPMC eklenmiş ve HPMC dozunun 3D baskı harcı özelliklerine etkisi, baskı özelliği, reolojik özellikler ve mekanik özellikler incelenerek kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. Akışkanlık gibi özelliklere dayanarak, değerlendirme sonuçlarına göre, baskı doğrulaması için en uygun miktarda HPMC ile karıştırılmış harç seçilmiş ve basılan ürünün ilgili parametreleri test edilmiştir; numunenin mikroskobik morfolojisinin incelenmesine dayanarak, baskı malzemesinin performans gelişiminin iç mekanizması araştırılmıştır. Aynı zamanda, 3D baskı çimento esaslı malzeme için, inşaat alanında 3D baskı teknolojisinin uygulamasını teşvik etmek amacıyla, baskı performansının kapsamlı bir değerlendirme yöntemi oluşturulmuştur.
Yayın tarihi: 27 Eylül 2022