ผลของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสต่อคุณสมบัติของปูนพิมพ์ 3 มิติ

จากการศึกษาผลกระทบของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) ขนาดต่างๆ ต่อความสามารถในการพิมพ์ สมบัติทางรีโอโลยี และสมบัติเชิงกลของปูนสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ มีการพูดคุยถึงปริมาณที่เหมาะสมของ HPMC และกลไกอิทธิพลของมันได้รับการวิเคราะห์รวมกับสัณฐานวิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์ ผลการวิจัยพบว่าความลื่นไหลของปูนลดลงตามการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMC นั่นคือความสามารถในการอัดขึ้นรูปลดลงตามการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMC แต่ความสามารถในการกักเก็บความไหลดีขึ้น ความสามารถในการอัดขึ้นรูป; อัตราการเก็บรักษารูปร่างและความต้านทานการเจาะภายใต้น้ำหนักของตัวเองจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อปริมาณ HPMC เพิ่มขึ้น กล่าวคือ ด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหา HPMC ความสามารถในการวางซ้อนกันจะดีขึ้น และเวลาในการพิมพ์จะนานขึ้น จากมุมมองของรีโอโลยี ด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMC ความหนืดที่ชัดเจน ความเค้นของผลผลิต และความหนืดพลาสติกของสารละลายเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และความสามารถในการวางซ้อนดีขึ้น thixotropy เพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลงตามการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMC และความสามารถในการพิมพ์ดีขึ้น ปริมาณของ HPMC เพิ่มขึ้น สูงเกินไปจะทำให้ความพรุนของปูนเพิ่มขึ้นและความแข็งแรง แนะนำว่าปริมาณของ HPMC ไม่ควรเกิน 0.20%

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ (หรือที่เรียกว่า “การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ”) ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา เช่น วิศวกรรมชีวภาพ การบินและอวกาศ และการสร้างสรรค์ทางศิลปะ กระบวนการที่ไร้แม่พิมพ์ของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติได้ปรับปรุงวัสดุอย่างมาก และความยืดหยุ่นของการออกแบบโครงสร้างและวิธีการก่อสร้างแบบอัตโนมัติไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดกำลังคนได้อย่างมาก แต่ยังเหมาะสำหรับโครงการก่อสร้างในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต่างๆ การผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติและสาขาการก่อสร้างถือเป็นนวัตกรรมและมีแนวโน้มที่ดี ปัจจุบันวัสดุที่ใช้ซีเมนต์ 3D กระบวนการพิมพ์ที่เป็นตัวแทนของกระบวนการพิมพ์คือกระบวนการอัดรีดซ้อน (รวมถึงกระบวนการสร้างรูปร่างของรูปร่าง) และกระบวนการพิมพ์คอนกรีตและกระบวนการติดผง (กระบวนการรูปตัว D) กระบวนการอัดขึ้นรูปซ้อนมีข้อดีข้อแตกต่างเล็กน้อยจากกระบวนการขึ้นรูปคอนกรีตแบบดั้งเดิม ความเป็นไปได้สูงในการใช้ส่วนประกอบขนาดใหญ่ และต้นทุนการก่อสร้าง ข้อได้เปรียบที่ด้อยกว่าได้กลายเป็นจุดสนใจการวิจัยในปัจจุบันของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติของวัสดุที่ใช้ซีเมนต์

สำหรับวัสดุที่ใช้ซีเมนต์ซึ่งใช้เป็น "วัสดุหมึก" สำหรับการพิมพ์ 3 มิติ ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพจะแตกต่างจากวัสดุที่ใช้ซีเมนต์ทั่วไป ในด้านหนึ่ง มีข้อกำหนดบางประการสำหรับความสามารถในการทำงานของวัสดุที่ใช้ซีเมนต์ผสมใหม่ และ กระบวนการก่อสร้างจำเป็นต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของการอัดขึ้นรูปที่ราบรื่น ในทางกลับกัน วัสดุที่เป็นซีเมนต์อัดจะต้องวางซ้อนกันได้ กล่าวคือ มันจะไม่ยุบหรือเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญภายใต้การกระทำของน้ำหนักของตัวเองและแรงกดดันของ ชั้นบน นอกจากนี้ กระบวนการเคลือบของการพิมพ์ 3D ยังสร้างชั้นระหว่างชั้น เพื่อให้มั่นใจถึงคุณสมบัติเชิงกลที่ดีของพื้นที่เชื่อมต่อระหว่างชั้น วัสดุก่อสร้างของการพิมพ์ 3D ก็ควรมีการยึดเกาะที่ดีเช่นกัน โดยสรุป การออกแบบความสามารถในการอัดรีด การวางซ้อน และการยึดเกาะสูงได้รับการออกแบบไปพร้อมๆ กัน วัสดุที่เป็นซีเมนต์เป็นหนึ่งในข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติในด้านการก่อสร้าง การปรับกระบวนการไฮเดรชั่นและคุณสมบัติรีโอโลยีของวัสดุประสานเป็นสองวิธีสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการพิมพ์ข้างต้น การปรับกระบวนการไฮเดรชั่นของวัสดุซีเมนต์ ดำเนินการได้ยากและทำให้เกิดปัญหาได้ง่าย เช่น ท่ออุดตัน และการควบคุมคุณสมบัติทางรีโอโลยีจำเป็นต้องรักษาความลื่นไหลในระหว่างกระบวนการพิมพ์และความเร็วของโครงสร้างหลังจากการขึ้นรูปแบบอัดขึ้นรูป ในการวิจัยในปัจจุบัน มักใช้ตัวปรับความหนืด ส่วนผสมของแร่ นาโนเคลย์ ฯลฯ เพื่อปรับคุณสมบัติทางรีโอโลยีของซีเมนต์ที่ใช้ วัสดุเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการพิมพ์ที่ดีขึ้น

ไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เป็นสารเพิ่มความข้นโพลีเมอร์ทั่วไป พันธะไฮดรอกซิลและอีเทอร์บนสายโซ่โมเลกุลสามารถรวมกับน้ำอิสระผ่านพันธะไฮโดรเจน การใส่ลงในคอนกรีตสามารถปรับปรุงการยึดเกาะได้อย่างมีประสิทธิภาพ และการกักเก็บน้ำ ปัจจุบัน การวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบของ HPMC ต่อคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ซีเมนต์ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบต่อการไหล การกักเก็บน้ำ และรีโอโลจี และมีการวิจัยเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ซีเมนต์ในการพิมพ์ 3 มิติ ( เช่นความสามารถในการอัดขึ้นรูป, การวางซ้อนได้ เป็นต้น) นอกจากนี้ เนื่องจากขาดมาตรฐานที่สม่ำเสมอสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ จึงยังไม่มีการกำหนดวิธีการประเมินความสามารถในการพิมพ์ของวัสดุที่ทำจากซีเมนต์ ความสามารถในการวางซ้อนกันของวัสดุจะถูกประเมินโดยจำนวนชั้นที่สามารถพิมพ์ได้ซึ่งมีการเสียรูปอย่างมากหรือความสูงการพิมพ์สูงสุด วิธีการประเมินข้างต้นขึ้นอยู่กับความเป็นส่วนตัวสูง ความครอบคลุมที่ไม่ดี และกระบวนการที่ยุ่งยาก วิธีการประเมินประสิทธิภาพมีศักยภาพและคุณค่าสูงในการใช้งานทางวิศวกรรม

ในบทความนี้ ปริมาณ HPMC ที่แตกต่างกันได้ถูกนำมาใช้ในวัสดุที่ใช้ซีเมนต์เพื่อปรับปรุงความสามารถในการพิมพ์ของปูน และผลกระทบของขนาดยา HPMC ต่อคุณสมบัติของปูนในการพิมพ์ 3 มิติได้รับการประเมินอย่างครอบคลุมโดยการศึกษาความสามารถในการพิมพ์ คุณสมบัติทางรีโอโลยี และคุณสมบัติทางกล ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเช่นความลื่นไหล จากผลการประเมิน เลือกปูนที่ผสมกับปริมาณ HPMC ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการตรวจสอบการพิมพ์ และพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องของเอนทิตีที่พิมพ์ได้รับการทดสอบ จากการศึกษาสัณฐานวิทยาด้วยกล้องจุลทรรศน์ของตัวอย่าง มีการสำรวจกลไกภายในของวิวัฒนาการประสิทธิภาพของวัสดุการพิมพ์ ในเวลาเดียวกัน ได้มีการสร้างวัสดุที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติโดยใช้ซีเมนต์ วิธีการประเมินประสิทธิภาพการพิมพ์ที่ครอบคลุมเพื่อส่งเสริมการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติในด้านการก่อสร้าง