ทดลองคุณสมบัติของการพิมพ์ 3 มิติด้วย hydroxypropyl methylcellulose

1.1วัตถุดิบ

ปูนซีเมนต์ใช้ P ·ⅱ 52.5 ซีเมนต์ (PC) ที่ผลิตโดยหนานจิง onotian ซีเมนต์, hydroxypropyl methylcellulose, ผงสีขาว, ปริมาณน้ำ 2.1%, ค่า pH คือ 6.5 (สารละลายน้ำ 1%, 25 ℃) 0.10%, 0.20%, 0.30%, ตามลำดับ; มวลรวมที่ดีคือทรายควอตซ์ที่มีขนาดอนุภาค 0.212 ~ 0.425 มม.

1.2วิธีการทดลอง

1.2.1การเตรียมวัสดุ

การใช้เครื่องผสมปูนของรุ่น JJ-5 ครั้งแรกผสม HPMC, ซีเมนต์และทรายอย่างสม่ำเสมอจากนั้นเติมน้ำและผสมเป็นเวลา 3 นาที (2 นาทีด้วยความเร็วต่ำและ 1 นาทีด้วยความเร็วสูง) และการทดสอบประสิทธิภาพจะดำเนินการทันทีหลังจากผสม

1.2.2การประเมินประสิทธิภาพที่พิมพ์ได้

ความสามารถในการพิมพ์ของปูนส่วนใหญ่เป็นลักษณะของความสามารถในการอัดรีดและการซ้อนกัน

ความสามารถในการอัดรีดที่ดีเป็นพื้นฐานสำหรับการตระหนักถึงการพิมพ์ 3 มิติและปูนจะต้องมีความราบรื่นและไม่ปิดกั้นท่อในระหว่างกระบวนการอัดรีด ข้อกำหนดการจัดส่ง อ้างถึง GB/T 2419-2005“ การกำหนดความลื่นไหลของปูนซีเมนต์ปูน” ความลื่นไหลของครกที่เหลืออยู่เป็นเวลา 0, 20, 40, และ 60 นาทีโดยทดสอบการกระโดดโต๊ะกระโดด

การซ้อนกันที่ดีเป็นกุญแจสำคัญในการตระหนักถึงการพิมพ์ 3 มิติ จำเป็นต้องมีเลเยอร์ที่พิมพ์ไม่ยุบหรือเสียรูปอย่างมีนัยสำคัญภายใต้น้ำหนักของตัวเองและความดันของชั้นบน อัตราการเก็บรักษารูปร่างและความต้านทานการเจาะภายใต้น้ำหนักของตัวเองสามารถใช้เพื่ออธิบายลักษณะการวางซ้อนของการพิมพ์ 3 มิติ

อัตราการเก็บรักษารูปร่างภายใต้น้ำหนักของตัวเองสะท้อนให้เห็นถึงระดับของการเสียรูปของวัสดุภายใต้น้ำหนักของตัวเองซึ่งสามารถใช้ในการประเมินความสามารถในการซ้อนของวัสดุการพิมพ์ 3 มิติ ยิ่งอัตราการเก็บรักษารูปร่างสูงขึ้นเท่าใดการเสียรูปของมอร์ต้าร์ก็ยิ่งมีน้ำหนักน้อยลงเท่านั้นซึ่งจะเอื้อต่อการพิมพ์มากขึ้น การอ้างอิงวางครกลงในแม่พิมพ์ทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความสูง 100 มม. แรมและสั่นสะเทือน 10 ครั้งขูดพื้นผิวด้านบนจากนั้นยกแม่พิมพ์ขึ้นเพื่อทดสอบความสูงของการเก็บรักษาของครกและเปอร์เซ็นต์ของความสูงเริ่มต้นคืออัตราการเก็บรักษารูปร่าง วิธีการข้างต้นใช้เพื่อทดสอบอัตราการเก็บรักษารูปร่างของปูนหลังจากยืนเป็น 0, 20, 40 และ 60 นาทีตามลำดับ

ความสามารถในการวางซ้อนกันของการพิมพ์ 3 มิตินั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับการตั้งค่าและกระบวนการชุบแข็งของวัสดุเองดังนั้นวิธีการต้านทานการเจาะจึงใช้เพื่อให้ได้การพัฒนาความแข็งหรือพฤติกรรมการก่อสร้างโครงสร้างของวัสดุที่ใช้ซีเมนต์ในระหว่างกระบวนการตั้งค่าเพื่อระบุลักษณะทางอ้อม อ้างถึง JGJ 70 - 2009“ วิธีการทดสอบสำหรับประสิทธิภาพพื้นฐานของการสร้างครก” เพื่อทดสอบความต้านทานการเจาะของครก

นอกจากนี้เครื่องพิมพ์เฟรมสำหรับตั้งสิ่งของถูกนำมาใช้เพื่อขับไล่และพิมพ์โครงร่างของลูกบาศก์ชั้นเดียวที่มีความยาวด้านข้าง 200 มม. และพารามิเตอร์การพิมพ์พื้นฐานเช่นจำนวนเลเยอร์การพิมพ์ความกว้างของขอบด้านบนและความกว้างของขอบด้านล่างถูกทดสอบ ความหนาของชั้นการพิมพ์คือ 8 มม. และความเร็วในการเคลื่อนไหวของเครื่องพิมพ์คือ 1 500 มม./นาที

1.2.3การทดสอบคุณสมบัติการไหล

พารามิเตอร์การไหลเป็นพารามิเตอร์การประเมินที่สำคัญในการกำหนดลักษณะการเสียรูปและความสามารถในการทำงานของสารละลายซึ่งสามารถใช้ในการทำนายพฤติกรรมการไหลของสารละลายซีเมนต์ 3 มิติ ความหนืดที่ชัดเจนสะท้อนให้เห็นถึงแรงเสียดทานภายในระหว่างอนุภาคในสารละลายและสามารถประเมินความต้านทานของสารละลายต่อการไหลของการเปลี่ยนรูป ความสามารถของ HPMC ในการสะท้อนผลของ HPMC ต่อความสามารถในการ extrudability ของการพิมพ์ 3D อ้างถึงอัตราส่วนการผสมในตารางที่ 2 เพื่อเตรียมปูนซีเมนต์ปูน P-H0, P-H0.10, P-H0.20, P-H0.30, ใช้เครื่องวัว Brookfield DvNext พร้อมอะแดปเตอร์เพื่อทดสอบคุณสมบัติการไหล อุณหภูมิสภาพแวดล้อมการทดสอบคือ (20 ± 2) ° C สารละลายบริสุทธิ์จะถูกใช้ล่วงหน้าเป็นเวลา 10 วินาทีที่ 60.0 s-1 เพื่อให้สารละลายกระจายอย่างสม่ำเสมอและจากนั้นหยุดเป็นเวลา 10 วินาทีจากนั้นอัตราการเฉือนจะเพิ่มขึ้นจาก 0.1 s-1 ถึง 60.0 s-1 และลดลงเป็น 0.1 s-1

โมเดลบิงแฮมที่แสดงใน Eq (1) ใช้เพื่อให้พอดีกับเส้นโค้งอัตราแรงเฉือนแรงเฉือนในระยะที่มั่นคง (อัตราการเฉือนคือ 10.0 ~ 50.0 s-1)

τ = τ0+μγ (1)

โดยที่τคือความเครียดแรงเฉือน; τ0คือความเครียดจากผลผลิต μคือความหนืดพลาสติก γคืออัตราการเฉือน

เมื่อวัสดุที่ใช้ซีเมนต์อยู่ในสถานะคงที่ความหนืดพลาสติกμแสดงถึงระดับของความยากลำบากของความล้มเหลวของระบบคอลลอยด์และความเครียดจากผลผลิตτ0หมายถึงความเครียดขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับสารละลายที่จะไหล วัสดุจะไหลได้ก็ต่อเมื่อความเครียดแรงเฉือนสูงกว่าτ0เกิดขึ้นดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้เพื่อสะท้อนอิทธิพลของ HPMC ต่อความสามารถในการซ้อนของการพิมพ์ 3 มิติ

1.2.4การทดสอบคุณสมบัติเชิงกล

อ้างถึง GB/T 17671-1999“ วิธีการทดสอบความแข็งแรงของปูนซีเมนต์” ตัวอย่างครกที่มีเนื้อหา HPMC ที่แตกต่างกันถูกเตรียมตามอัตราส่วนการผสมในตารางที่ 2

ไม่มีมาตรฐานที่เกี่ยวข้องสำหรับวิธีการทดสอบของความแข็งแรงพันธะระหว่างเลเยอร์ของการพิมพ์ 3 มิติ ในการศึกษานี้ใช้วิธีการแยกถูกใช้สำหรับการทดสอบ ตัวอย่างปูน 3 มิติได้รับการรักษาให้หายขาดเป็นเวลา 28 วันจากนั้นตัดเป็น 3 ส่วนชื่อ A, B, C ตามลำดับ ดังที่แสดงในรูปที่ 2 (a) เครื่องทดสอบ Universal CMT-4204 (ช่วง 20 kN, ความแม่นยำระดับ 1, อัตราการโหลด 0.08 มม./นาที) ถูกใช้เพื่อโหลดจุดเชื่อมต่อระหว่างเลย์สามส่วนเพื่อหยุดความล้มเหลวแยกดังแสดงในรูปที่ 2 (b)

ความแข็งแรงของพันธบัตร interlaminar PB ของชิ้นงานถูกคำนวณตามสูตรต่อไปนี้:

pb = 2fπa = 0.637 fa （2)

โดยที่ f คือภาระความล้มเหลวของชิ้นงาน A คือพื้นที่ของพื้นผิวแยกของตัวอย่าง

1.2.5จุลภาค

สัณฐานวิทยาของกล้องจุลทรรศน์ของตัวอย่างที่ 3 D ถูกพบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน 200 (SEM) จาก บริษัท FEI, สหรัฐอเมริกา