1.1Vpliv HPMC na tiskanje malt za 3D tiskanje
1.1.1Vpliv HPMC na ekstrudabilnost malt za 3D tiskanje
Slepo skupino M-H0 brez HPMC in testne skupine z vsebnostjo HPMC 0,05 %, 0,10 %, 0,20 % in 0,30 % smo pustili stati različna časovna obdobja, nato pa smo testirali fluidnost.Vidimo lahko, da bo vključitev HPMC znatno zmanjšala fluidnost malte;ko se vsebnost HPMC postopoma poveča od 0 % do 0,30 %, se začetna fluidnost malte zmanjša z 243 mm na 206, 191, 167 oziroma 160 mm.HPMC je visokomolekularni polimer.Med seboj jih je mogoče zaplesti, da tvorijo mrežno strukturo, kohezijo cementne brozge pa lahko povečamo z inkapsulacijo komponent, kot je Ca(OH) 2. Makroskopsko se izboljša kohezivnost malte.S podaljševanjem časa mirovanja se stopnja hidratacije malte poveča.povečana, tekočnost se sčasoma izgubi.Pretočnost slepe skupine M-H0 brez HPMC se je hitro zmanjšala.V eksperimentalni skupini z 0,05 %, 0,10 %, 0,20 % in 0,30 % HPMC se je stopnja zmanjšanja fluidnosti s časom zmanjševala in je bila fluidnost malte po 60 minutah mirovanja 180, 177, 164 oziroma 155 mm. .Pretočnost je 87,3 %, 92,7 %, 98,2 %, 96,8 %.Vgradnja HPMC lahko bistveno izboljša sposobnost zadrževanja fluidnosti malte, kar je posledica kombinacije HPMC in vodnih molekul;po drugi strani pa lahko HPMC tvori podoben film. Ima mrežno strukturo in ovije cement, kar učinkovito zmanjša izhlapevanje vode v malti in ima določeno zmogljivost zadrževanja vode.Omeniti velja, da ko je vsebnost HPMC 0,20%, sposobnost zadrževanja fluidnosti malte doseže najvišjo raven.
Tekočina malte za 3D tiskanje, pomešane z različnimi količinami HPMC, je 160~206 mm.Zaradi različnih parametrov tiskalnika so priporočeni razponi fluidnosti, ki so jih pridobili različni raziskovalci, različni, na primer 150~190 mm, 160~170 mm.Na sliki 3 je intuitivno razvidno. Razvidno je, da je fluidnost malte za 3D-tiskanje, pomešane s HPMC, večinoma znotraj priporočenega območja, zlasti ko je vsebnost HPMC 0,20 %, je fluidnost malte v 60 minutah znotraj priporočeni razpon, ki zadovoljuje ustrezno pretočnost in zlaganje.Torej, čeprav se fluidnost malte z ustrezno količino HPMC zmanjša, kar povzroči zmanjšanje ekstrudabilnosti, ima še vedno dobro ekstrudabilnost, ki je znotraj priporočenega območja.
1.1.2Učinek HPMC na zlaganje malt za 3D tiskanje
V primeru neuporabe šablone je velikost stopnje zadrževanja oblike pod lastno težo odvisna od meje tečenja materiala, ki je povezana z notranjo kohezijo med brozgo in agregatom.Podana je ohranitev oblike malt za 3D tiskanje z različnimi vsebnostmi HPMC.Hitrost spremembe s časom mirovanja.Po dodajanju HPMC se stopnja zadrževanja oblike malte izboljša, še posebej v začetni fazi in 20 min.Vendar pa je s podaljšanjem časa mirovanja učinek izboljšanja HPMC na stopnjo zadrževanja oblike malte postopoma oslabel, kar je bilo predvsem posledica Stopnja zadrževanja se znatno poveča.Po 60 minutah mirovanja lahko le 0,20 % in 0,30 % HPMC izboljša stopnjo zadrževanja oblike malte.
Rezultati preskusa odpornosti na penetracijo malte za 3D tiskanje z različnimi vsebnostmi HPMC so prikazani na sliki 5. Iz slike 5 je razvidno, da se odpornost na penetracijo na splošno povečuje s podaljšanjem časa mirovanja, kar je predvsem posledica pretoka gošča med postopkom hidratacije cementa.Postopoma se je razvila v togo trdno snov;v prvih 80 minutah je vgradnja HPMC povečala prebojni upor, z večanjem vsebnosti HPMC pa se je prebojni upor povečal.Večja ko je odpornost proti penetraciji, deformacija materiala zaradi uporabljene obremenitve Večja je odpornost HPMC, kar kaže, da lahko HPMC izboljša zgodnjo zlaganje malte za 3D-tiskanje.Ker se hidroksilne in etrske vezi na polimerni verigi HPMC zlahka povežejo z vodo preko vodikovih vezi, kar povzroči postopno zmanjšanje proste vode in povečanje povezave med delci, se poveča sila trenja, zato postane odpornost na zgodnje prodiranje večja.Po 80-minutnem stanju se je zaradi hidratacije cementa odpornost na penetracijo slepe skupine brez HPMC hitro povečala, medtem ko se je odpornost na penetracijo testne skupine s HPMC povečala. Hitrost se ni bistveno spremenila do približno 160 minut stanja.Po mnenju Chena in drugih je to predvsem zato, ker HPMC tvori zaščitni film okoli delcev cementa, kar podaljša čas strjevanja;Pourchez et al.domnevajo, da je to predvsem posledica vlaknin. Preprosti produkti razgradnje etra (kot so karboksilati) ali metoksilne skupine lahko upočasnijo hidratacijo cementa z zaviranjem tvorbe Ca(OH)2.Da bi preprečili, da bi izhlapevanje vode na površini vzorca vplivalo na razvoj odpornosti proti penetraciji, je treba omeniti, da je bil ta poskus izveden pri enakih pogojih temperature in vlažnosti.Na splošno lahko HPMC učinkovito izboljša zlaganje malte za 3D-tiskanje v začetni fazi, upočasni koagulacijo in podaljša čas tiskanja malte za 3D-tiskanje.
Entiteta malte za 3D tiskanje (dolžina 200 mm × širina 20 mm × debelina plasti 8 mm): prazna skupina brez HPMC je bila močno deformirana, sesedla in imela težave s krvavitvijo pri tiskanju sedme plasti;Malta skupine M-H0,20 ima dobro zlaganje.Po tiskanju 13 plasti je širina zgornjega roba 16,58 mm, širina spodnjega roba 19,65 mm, razmerje med vrhom in dnom (razmerje med širino zgornjega roba in širino spodnjega roba) pa 0,84.Dimenzijsko odstopanje je majhno.Zato je bilo s tiskanjem preverjeno, da lahko vključitev HPMC bistveno izboljša tiskanje malte.Tekočina malte ima dobro ekstrudiranje in zlaganje pri 160~170 mm;stopnja ohranitve oblike je manjša od 70 %, je resno deformiran in ne more izpolniti zahtev za tiskanje.
1.2Vpliv HPMC na reološke lastnosti malt za 3D tiskanje
Podana je navidezna viskoznost čiste celuloze pri različni vsebnosti HPMC: s povečanjem strižne hitrosti se navidezna viskoznost čiste celuloze zmanjša, pojav strižnega redčenja pa je pod visoko vsebnostjo HPMC.Bolj očitno je.Molekularna veriga HPMC je neurejena in kaže večjo viskoznost pri nizki strižni hitrosti;toda pri visoki strižni hitrosti se molekule HPMC gibljejo vzporedno in urejeno vzdolž smeri striga, zaradi česar molekule lažje drsijo, zato je tabela Navidezna viskoznost gošče relativno nizka.Ko je strižna hitrost večja od 5,0 s-1, je navidezna viskoznost P-H0 v slepi skupini v bistvu stabilna znotraj 5 Pa s;medtem ko se navidezna viskoznost gošče poveča po dodajanju HPMC in se zmeša s HPMC.Dodatek HPMC poveča notranje trenje med delci cementa, kar poveča navidezno viskoznost paste, makroskopska učinkovitost pa je, da se ekstrudabilnost malte za 3D tiskanje zmanjša.
Zabeleženo je bilo razmerje med strižno napetostjo in strižno hitrostjo čiste brozge v reološkem testu, za prilagoditev rezultatov pa je bil uporabljen Binghamov model.Rezultati so prikazani na sliki 8 in v tabeli 3. Ko je bila vsebnost HPMC 0,30 %, je bila strižna hitrost med preskusom večja od 32,5. Ko viskoznost mešanice preseže območje instrumenta pri s-1, so ustrezni podatki točk ni mogoče zbirati.Na splošno se območje, ki ga obdajata naraščajoča in padajoča krivulja v stabilni fazi (10,0 ~ 50,0 s-1), uporablja za karakterizacijo tiksotropije gnojevke [21, 33].Tiksotropija se nanaša na lastnost, da ima gnojevka veliko fluidnost pod delovanjem zunanje strižne sile in se lahko vrne v prvotno stanje, ko je strižno delovanje preklicano.Ustrezna tiksotropija je zelo pomembna za tiskanje malte.Iz slike 8 je razvidno, da je bilo tiksotropno območje slepe skupine brez HPMC le 116,55 Pa/s;po dodatku 0,10 % HPMC se je tiksotropna površina neto paste znatno povečala na 1 800,38 Pa/s;S povečanjem se je tiksotropna površina paste zmanjšala, vendar je bila še vedno 10-krat večja kot pri slepi skupini.Z vidika tiksotropije je vključitev HPMC močno izboljšala tiskanje malte.
Da bi malta ohranila svojo obliko po ekstrudiranju in zdržala obremenitev naslednjega ekstrudiranega sloja, mora imeti malta višjo mejo tečenja.Iz tabele 3 je razvidno, da se meja tečenja τ0 neto brozge znatno izboljša po dodajanju HPMC in je podobna HPMC.Vsebnost HPMC je v pozitivni korelaciji;ko je vsebnost HPMC 0,10 %, 0,20 % in 0,30 %, se meja tečenja neto paste poveča na 8,6, 23,7 oziroma 31,8-krat večja od slepe skupine;z večanjem vsebnosti HPMC se povečuje tudi plastična viskoznost μ.3D tiskanje zahteva, da plastična viskoznost malte ne sme biti premajhna, sicer bo deformacija po iztiskanju velika;hkrati je treba vzdrževati primerno plastično viskoznost, da se zagotovi doslednost iztiskanja materiala.Če povzamemo, z vidika reologije ima HPMC-jeva vključitev pozitiven učinek na izboljšanje zlaganja malte za 3D-tiskanje.Po vključitvi HPMC je čista pasta še vedno v skladu z Binghamovim reološkim modelom, dobrota prileganja R2 pa ni nižja od 0,99.
1.3Vpliv HPMC na mehanske lastnosti malte za 3D tiskanje
28 d tlačna in upogibna trdnost malte za 3D tiskanje.S povečanjem vsebnosti HPMC se je 28 d tlačna in upogibna trdnost malte za 3D-tiskanje zmanjšala;ko je vsebnost HPMC dosegla 0,30 %, sta 28 d tlačna trdnost in upogibna trdnost 30,3 oziroma 7,3 MPa.Študije so pokazale, da ima HPMC določen učinek zračenja in če je njegova vsebnost previsoka, se notranja poroznost malte znatno poveča;Poveča se difuzijski upor in težko je vse izprazniti.Zato je povečanje poroznosti lahko razlog za zmanjšanje trdnosti malte za 3D tiskanje, ki jo povzroča HPMC.
Edinstven postopek laminiranja pri 3D-tiskanju vodi do obstoja šibkih področij v strukturi in mehanskih lastnostih med sosednjimi plastmi, moč lepljenja med plastmi pa ima velik vpliv na celotno trdnost natisnjene komponente.Za 3D-tiskanje so bili razrezani vzorci malte, zmešani z 0,20 % HPMC M-H0.20, trdnost medslojne vezi pa je bila preizkušena z metodo cepljenja vmesnih plasti.Trdnost medslojne vezi treh delov je bila višja od 1,3 MPa;in ko je bilo število plasti majhno, je bila trdnost medslojne vezi nekoliko večja.Razlog je lahko v tem, da so po eni strani zaradi gravitacije zgornje plasti spodnje plasti tesneje povezane;po drugi strani pa ima lahko površina malte več vlage pri tisku spodnjega sloja, medtem ko se površinska vlažnost malte zmanjša zaradi izhlapevanja in hidracije pri tisku zgornjega sloja, zato je vez med spodnjima slojema močnejša.
1.4Vpliv HPMC na mikromorfologijo malte za 3D tiskanje
Slike SEM vzorcev M-H0 in M-H0.20 pri starosti 3 d kažejo, da so površinske pore vzorcev M-H0.20 znatno povečane po dodatku 0,20 % HPMC, velikost por pa je večja kot pri prazna skupina.Po eni strani je to zato, ker ima HPMC učinek vdihavanja zraka, ki uvaja enotne in fine pore;po drugi strani pa se lahko zgodi, da dodatek HPMC poveča viskoznost gnojevke, s čimer se poveča odpornost proti praznjenju zraka v mešanici.Povečanje je lahko glavni razlog za zmanjšanje mehanskih lastnosti malte.Če povzamemo, da bi zagotovili trdnost malte za 3D-tiskanje, vsebnost HPMC ne sme biti prevelika (≤ 0,20 %).
V zaključku
(1) Hidroksipropil metilceluloza HPMC izboljša tiskanje malte.S povečanjem vsebnosti HPMC se ekstrudabilnost malte zmanjša, vendar ima še vedno dobro ekstrudabilnost, zlaganje je izboljšano in tiskalni čas se podaljša.S tiskanjem je bilo preverjeno, da se deformacija spodnjega sloja malte po dodajanju HPMC zmanjša, razmerje med vrhom in dnom pa je 0,84, ko je vsebnost HPMC 0,20 %.
(2) HPMC izboljša reološke lastnosti malte za 3D tiskanje.S povečanjem vsebnosti HPMC se povečajo navidezna viskoznost, meja tečenja in plastična viskoznost gošče;tiksotropija se najprej poveča, nato pa zmanjša in doseže se tiskovitost.Izboljšava.Z vidika reologije lahko dodajanje HPMC izboljša tudi tiskanje malte.Po dodajanju HPMC je zmes še vedno v skladu z Binghamovim reološkim modelom, dobrota prileganja pa je R2≥0,99.
(3) Po dodajanju HPMC se mikrostruktura in pore materiala povečajo.Priporočljivo je, da vsebnost HPMC ne presega 0,20%, sicer bo imela velik vpliv na mehanske lastnosti malte.Vezna trdnost med različnimi plastmi malte za 3D-tiskanje je nekoliko drugačna in število plasti Ko je nižje, je vezna trdnost med plastmi malte večja.
Čas objave: 27. september 2022