تاثیر HPMC بر ملات چاپ سه بعدی

1.1تأثیر HPMC بر قابلیت چاپ ملات های چاپ سه بعدی

1.1.1تأثیر HPMC بر اکسترودپذیری ملات های چاپ سه بعدی

گروه خالی M-H0 بدون HPMC و گروه‌های آزمایش با محتوای HPMC 0.05، 0.10، 0.20 درصد و 0.30 درصد برای دوره‌های زمانی مختلف اجازه داده شدند تا بایستند و سپس سیالیت مورد آزمایش قرار گرفت.مشاهده می شود که اختلاط HPMC باعث کاهش قابل توجه سیالیت ملات می شود.هنگامی که محتوای HPMC به تدریج از 0% به 0.30% افزایش می یابد، سیالیت اولیه ملات به ترتیب از 243 میلی متر به 206، 191، 167 و 160 میلی متر کاهش می یابد.HPMC یک پلیمر مولکولی بالا است.آنها را می توان با یکدیگر در هم پیچید تا یک ساختار شبکه ای تشکیل دهند و چسبندگی دوغاب سیمان را می توان با محصور کردن اجزایی مانند Ca(OH) 2 افزایش داد. از نظر ماکروسکوپی، چسبندگی ملات بهبود می یابد.با افزایش زمان ایستادن، درجه هیدراتاسیون ملات افزایش می یابد.افزایش یافت، سیالیت در طول زمان از دست رفت.سیالیت گروه خالی M-H0 بدون HPMC به سرعت کاهش یافت.در گروه آزمایش با 05/0، 10/0، 20/0 و 30/0 درصد HPMC، درجه کاهش سیالیت با گذشت زمان کاهش یافت و سیالیت ملات پس از ایستادن به مدت 60 دقیقه به ترتیب 180، 177، 164 و 155 میلی‌متر بود. .سیالیت 87.3٪، 92.7٪، 98.2٪، 96.8٪ است.ترکیب HPMC می تواند به طور قابل توجهی توانایی حفظ سیالیت ملات را بهبود بخشد، که به دلیل ترکیب HPMC و مولکول های آب است.از طرف دیگر، HPMC می تواند یک فیلم مشابه تشکیل دهد. ساختار شبکه ای دارد و سیمان را می پیچد که به طور موثری تبخیر آب در ملات را کاهش می دهد و عملکرد خاصی در حفظ آب دارد.شایان ذکر است که وقتی محتوای HPMC 0.20٪ باشد، قابلیت نگهداری سیالیت ملات به بالاترین حد می رسد.

سیالیت ملات چاپ سه بعدی مخلوط با مقادیر مختلف HPMC 160 تا 206 میلی متر است.با توجه به پارامترهای مختلف چاپگر، محدوده سیالیت توصیه شده توسط محققان مختلف متفاوت است، مانند 150 ~ 190 میلی متر، 160 ~ 170 میلی متر.از شکل 3، به طور مستقیم می توان مشاهده کرد که سیالیت ملات چاپ سه بعدی مخلوط شده با HPMC عمدتاً در محدوده توصیه شده است، به خصوص زمانی که محتوای HPMC 0.20٪ باشد، سیالیت ملات در 60 دقیقه در محدوده توصیه شده است. محدوده توصیه شده، که سیالیت و قابلیت انباشتگی مناسب را برآورده می کند.بنابراین اگرچه سیالیت ملات با مقدار مناسب HPMC کاهش می یابد که منجر به کاهش اکسترودپذیری می شود، اما همچنان قابلیت اکسترودپذیری خوبی دارد که در محدوده توصیه شده است.

1.1.2تأثیر HPMC بر روی پشته‌پذیری ملات‌های چاپ سه بعدی

در صورت عدم استفاده از الگو، اندازه نرخ حفظ شکل تحت وزن خود به تنش تسلیم ماده بستگی دارد که به انسجام داخلی بین دوغاب و سنگدانه مربوط می شود.حفظ شکل ملات های چاپ سه بعدی با محتویات مختلف HPMC ارائه شده است.میزان تغییر با زمان ایستادنپس از افزودن HPMC، میزان نگهداری شکل ملات به خصوص در مرحله اولیه و ماندن به مدت 20 دقیقه بهبود می یابد.با این حال، با افزایش زمان ایستادن، اثر بهبود HPMC بر میزان ماندگاری شکل ملات به تدریج ضعیف شد که عمدتاً به دلیل افزایش قابل توجه میزان ماندگاری بود.پس از ایستادن به مدت 60 دقیقه، تنها 0.20% و 0.30% HPMC می تواند میزان حفظ شکل ملات را بهبود بخشد.

نتایج آزمایش مقاومت در برابر نفوذ ملات چاپ سه بعدی با محتویات HPMC مختلف در شکل 5 نشان داده شده است. از شکل 5 می توان دریافت که مقاومت نفوذ عموماً با افزایش زمان ایستادن افزایش می یابد که عمدتاً به دلیل جریان است. دوغاب در طول فرآیند هیدراتاسیون سیمان.به تدریج به یک جامد سفت و سخت تبدیل شد.در 80 دقیقه اول، ادغام HPMC مقاومت نفوذ را افزایش داد و با افزایش محتوای HPMC، مقاومت نفوذ افزایش یافت.هرچه مقاومت نفوذ بیشتر باشد، تغییر شکل ماده در اثر بار اعمال شده، مقاومت HPMC بیشتر است، که نشان می‌دهد HPMC می‌تواند انباشتگی اولیه ملات چاپ سه بعدی را بهبود بخشد.از آنجایی که پیوندهای هیدروکسیل و اتری روی زنجیره پلیمری HPMC به راحتی از طریق پیوندهای هیدروژنی با آب ترکیب می شوند و در نتیجه کاهش تدریجی آب آزاد و افزایش اتصال بین ذرات، نیروی اصطکاک افزایش می یابد، بنابراین مقاومت در برابر نفوذ اولیه بزرگتر می شود.پس از ایستادن به مدت 80 دقیقه، به دلیل هیدراتاسیون سیمان، مقاومت نفوذ گروه بلانک بدون HPMC به سرعت افزایش یافت، در حالی که مقاومت نفوذ گروه آزمایش با HPMC افزایش یافت. این سرعت تا حدود 160 دقیقه ایستادن تغییر معنی‌داری نداشت.به گفته چن و همکاران، این عمدتا به این دلیل است که HPMC یک لایه محافظ در اطراف ذرات سیمان تشکیل می دهد که زمان گیرش را طولانی می کند.پورچز و همکارانحدس زده می شود که این عمدتاً به دلیل فیبر است. محصولات تجزیه اتر ساده (مانند کربوکسیلات ها) یا گروه های متوکسیل می توانند هیدراتاسیون سیمان را با به تاخیر انداختن تشکیل Ca(OH)2 به تاخیر بیندازند.شایان ذکر است که به منظور جلوگیری از ایجاد مقاومت در برابر نفوذ تحت تأثیر تبخیر آب در سطح نمونه، این آزمایش در شرایط دما و رطوبت یکسان انجام شد.در مجموع، HPMC می تواند به طور موثری قابلیت انباشته شدن ملات چاپ سه بعدی را در مرحله اولیه بهبود بخشد، انعقاد را به تاخیر بیندازد و زمان قابل چاپ ملات چاپ سه بعدی را طولانی کند.

موجودیت ملات چاپ سه بعدی (طول 200 میلی متر × عرض 20 میلی متر × ضخامت لایه 8 میلی متر): گروه خالی بدون HPMC به شدت تغییر شکل داده بود، فرو ریخته بود و هنگام چاپ لایه هفتم مشکلات خونریزی داشت.ملات گروه M-H0.20 قابلیت انباشتگی خوبی دارد.پس از چاپ 13 لایه، عرض لبه بالا 16.58 میلی متر، عرض لبه پایین 19.65 میلی متر و نسبت بالا به پایین (نسبت عرض لبه بالا به عرض لبه پایین) 0.84 است.انحراف ابعادی کوچک است.بنابراین، با چاپ تأیید شده است که ادغام HPMC می تواند به طور قابل توجهی چاپ پذیری ملات را بهبود بخشد.سیالیت ملات دارای قابلیت اکسترودپذیری و انباشتگی خوب در 160 ~ 170 میلی متر است.نرخ حفظ شکل کمتر از 70٪ است که به طور جدی تغییر شکل داده است و نمی تواند الزامات چاپ را برآورده کند.

1.2تأثیر HPMC بر خواص رئولوژیکی ملات های چاپ سه بعدی

ویسکوزیته ظاهری خمیر خالص تحت محتوای مختلف HPMC آورده شده است: با افزایش نرخ برش، ویسکوزیته ظاهری خمیر خالص کاهش می‌یابد و پدیده نازک شدن برشی تحت محتوای بالای HPMC است.آشکارتر است.زنجیره مولکولی HPMC بی نظم است و ویسکوزیته بالاتری را در نرخ برش کم نشان می دهد.اما با سرعت برش بالا، مولکول های HPMC به صورت موازی و منظم در امتداد جهت برشی حرکت می کنند، که باعث می شود مولکول ها راحت تر لغزند، بنابراین جدول ویسکوزیته ظاهری دوغاب نسبتاً کم است.هنگامی که نرخ برش بیشتر از 5.0 s-1 باشد، ویسکوزیته ظاهری P-H0 در گروه خالی اساساً در 5 Pa s پایدار است.در حالی که ویسکوزیته ظاهری دوغاب پس از اضافه شدن HPMC افزایش می یابد و با HPMC مخلوط می شود.افزودن HPMC اصطکاک داخلی بین ذرات سیمان را افزایش می دهد که ویسکوزیته ظاهری خمیر را افزایش می دهد و عملکرد ماکروسکوپی این است که قابلیت اکسترودپذیری ملات چاپ سه بعدی کاهش می یابد.

رابطه بین تنش برشی و نرخ برشی دوغاب خالص در آزمایش رئولوژیکی ثبت شد و برای برازش نتایج از مدل بینگهام استفاده شد.نتایج در شکل 8 و جدول 3 نشان داده شده است. هنگامی که محتوای HPMC 0.30٪ بود، نرخ برش در طول آزمایش بیشتر از 32.5 بود، هنگامی که ویسکوزیته دوغاب از محدوده ابزار در s-1 فراتر رفت، داده های مربوطه به دست می آید. امتیاز جمع آوری نمی شودبه طور کلی، ناحیه محصور شده توسط منحنی های صعود و سقوط در مرحله پایدار (10.0 تا 50.0 s-1) برای مشخص کردن تیکسوتروپی دوغاب استفاده می شود [21، 33].تیکسوتروپی به این خاصیت اشاره دارد که دوغاب تحت اثر برش نیروی خارجی سیالیت زیادی دارد و پس از لغو عمل برش می تواند به حالت اولیه خود بازگردد.تیکسوتروپی مناسب برای چاپ پذیری ملات بسیار مهم است.از شکل 8 می توان دید که ناحیه تیکسوتروپیک گروه خالی بدون HPMC تنها 116.55 Pa/s بود.پس از افزودن 0.10% HPMC، ناحیه تیکسوتروپیک خمیر خالص به طور قابل توجهی به 1800.38 Pa/s افزایش یافت.با افزایش، سطح تیکسوتروپیک خمیر کاهش یافت، اما همچنان 10 برابر بیشتر از گروه خالی بود.از منظر تیکسوتروپی، ادغام HPMC قابلیت چاپ ملات را تا حد زیادی بهبود بخشید.

برای اینکه ملات بعد از اکستروژن شکل خود را حفظ کند و بار لایه اکسترود شده بعدی را تحمل کند، ملات باید تنش تسلیم بیشتری داشته باشد.از جدول 3 می توان دریافت که تنش تسلیم τ0 دوغاب خالص پس از افزودن HPMC به طور قابل توجهی بهبود یافته است و مشابه HPMC است.محتوای HPMC همبستگی مثبت دارد.هنگامی که محتوای HPMC 0.10٪، 0.20٪ و 0.30٪ باشد، تنش تسلیم خمیر خالص به ترتیب به 8.6، 23.7 و 31.8 برابر گروه خالی افزایش می یابد.ویسکوزیته پلاستیک μ نیز با افزایش محتوای HPMC افزایش می یابد.چاپ سه بعدی مستلزم این است که ویسکوزیته پلاستیکی ملات نباید خیلی کوچک باشد، در غیر این صورت تغییر شکل پس از اکستروژن زیاد خواهد بود.در عین حال، ویسکوزیته پلاستیکی مناسب باید برای اطمینان از قوام اکستروژن مواد حفظ شود.به طور خلاصه، از نقطه نظر رئولوژی، HPMC's Incorporation تأثیر مثبتی بر بهبود قابلیت انباشتگی ملات چاپ سه بعدی دارد.پس از ترکیب HPMC، خمیر خالص همچنان با مدل رئولوژیکی بینگهام مطابقت دارد و خوبی مناسب R2 کمتر از 0.99 نیست.

1.3تاثیر HPMC بر خواص مکانیکی ملات چاپ سه بعدی

مقاومت فشاری و مقاومت خمشی 28 روز ملات چاپ سه بعدی.با افزایش محتوای HPMC، مقاومت فشاری و خمشی 28 روزه ملات چاپ سه بعدی کاهش یافت.هنگامی که محتوای HPMC به 0.30٪ رسید، مقاومت فشاری 28 روز و مقاومت خمشی به ترتیب 30.3 و 7.3 مگاپاسکال است.مطالعات نشان داده است که HPMC دارای خاصیت جذب هوا است و اگر محتوای آن خیلی زیاد باشد، تخلخل داخلی ملات به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.مقاومت انتشار افزایش می یابد و تخلیه همه آنها دشوار است.بنابراین افزایش تخلخل ممکن است دلیل کاهش مقاومت ملات چاپ سه بعدی ناشی از HPMC باشد.

فرآیند منحصر به فرد قالب گیری لمینیت چاپ سه بعدی منجر به وجود مناطق ضعیف در ساختار و خواص مکانیکی بین لایه های مجاور می شود و استحکام پیوند بین لایه ها تأثیر زیادی بر استحکام کلی قطعه چاپ شده دارد.برای چاپ سه بعدی، نمونه های ملات مخلوط با 0.20% HPMC M-H0.20 برش داده شد و استحکام باند بین لایه ای با روش تقسیم بین لایه ای آزمایش شد.استحکام باند بین لایه ای سه قسمت بالاتر از 1.3 مگاپاسکال بود.و زمانی که تعداد لایه ها کم بود، استحکام پیوند بین لایه ها کمی بیشتر بود.دلیل ممکن است این باشد که از یک طرف، گرانش لایه بالایی باعث می شود که لایه های پایین تر به هم چسبیده شوند.از طرفی سطح ملات هنگام چاپ لایه زیرین ممکن است رطوبت بیشتری داشته باشد، در حالی که رطوبت سطح ملات هنگام چاپ لایه بالایی به دلیل تبخیر و هیدراته شدن کاهش می یابد، بنابراین پیوند بین لایه های زیرین قوی تر می شود.

1.4تأثیر HPMC بر میکرومورفولوژی ملات چاپ سه بعدی

تصاویر SEM نمونه های M-H0 و M-H0.20 در سن 3 روزگی نشان می دهد که منافذ سطح نمونه های M-H0.20 پس از افزودن 0.20% HPMC به طور قابل توجهی افزایش یافته و اندازه منافذ بزرگتر از منافذ است. گروه خالیاین از یک طرف، به این دلیل است که HPMC دارای یک اثر حباب کننده هوا است که منافذ یکنواخت و ریز را ایجاد می کند.از سوی دیگر، ممکن است افزودن HPMC ویسکوزیته دوغاب را افزایش دهد و در نتیجه مقاومت تخلیه هوا را در داخل دوغاب افزایش دهد.افزایش ممکن است دلیل اصلی کاهش خواص مکانیکی ملات باشد.به طور خلاصه، برای اطمینان از استحکام ملات چاپ سه بعدی، محتوای HPMC نباید خیلی زیاد باشد (≤ 0.20٪).

در نتیجه

(1) هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC قابلیت چاپ ملات را بهبود می بخشد.با افزایش محتوای HPMC، قابلیت اکسترودپذیری ملات کاهش می‌یابد، اما همچنان قابلیت اکسترودپذیری خوبی دارد، قابلیت انباشتگی بهبود می‌یابد و زمان قابل چاپ طولانی‌تر می‌شود.با چاپ تأیید شده است که تغییر شکل لایه زیرین ملات پس از افزودن HPMC کاهش می یابد و نسبت بالا به پایین 0.84 است که محتوای HPMC 0.20٪ است.

(2) HPMC خواص رئولوژیکی ملات چاپ سه بعدی را بهبود می بخشد.با افزایش محتوای HPMC، ویسکوزیته ظاهری، تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیکی دوغاب افزایش می یابد.تیکسوتروپی ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد و قابلیت چاپ به دست می آید.بهبود.از منظر رئولوژی، افزودن HPMC می تواند چاپ پذیری ملات را نیز بهبود بخشد.پس از افزودن HPMC، دوغاب همچنان با مدل رئولوژیکی بینگهام، و خوب بودن تناسب R2≥0.99 مطابقت دارد.

(3) پس از افزودن HPMC، ریزساختار و منافذ مواد افزایش می یابد.توصیه می شود که محتوای HPMC از 0.20 درصد بیشتر نباشد، در غیر این صورت تاثیر زیادی بر خواص مکانیکی ملات خواهد داشت.استحکام اتصال بین لایه‌های مختلف ملات چاپ سه بعدی کمی متفاوت است و تعداد لایه‌ها وقتی کمتر باشد، استحکام باند بین لایه‌های ملات بیشتر است.