ผลของ HPMC ต่อปูนพิมพ์ 3 มิติ

1.1อิทธิพลของ HPMC ต่อความสามารถในการพิมพ์ของปูนพิมพ์ 3 มิติ

1.1.1ผลกระทบของ HPMC ต่อความสามารถในการอัดขึ้นรูปของปูนพิมพ์ 3 มิติ

กลุ่มว่าง M-H0 ที่ไม่มี HPMC และกลุ่มทดสอบที่มีปริมาณ HPMC 0.05%, 0.10%, 0.20% และ 0.30% ได้รับอนุญาตให้ยืนหยัดในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน จากนั้นจึงทดสอบความไหลจะเห็นได้ว่าการรวมตัวของ HPMC จะช่วยลดความลื่นไหลของปูนได้อย่างมากเมื่อปริมาณ HPMC ค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก 0% เป็น 0.30% ความลื่นไหลเริ่มต้นของปูนจะลดลงจาก 243 มม. เป็น 206, 191, 167 และ 160 มม. ตามลำดับHPMC เป็นพอลิเมอร์โมเลกุลสูงพวกมันสามารถพันกันเป็นโครงสร้างเครือข่าย และสามารถเพิ่มการทำงานร่วมกันของสารละลายซีเมนต์ได้โดยการห่อหุ้มส่วนประกอบต่างๆ เช่น Ca(OH) 2 เมื่อมองด้วยตาเปล่า ความสามารถในการยึดเกาะกันของมอร์ต้าได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นเมื่อยืดเวลาการยืนออกไป ระดับความชุ่มชื้นของปูนก็จะเพิ่มขึ้นเพิ่มขึ้น ความลื่นไหลหายไปตามกาลเวลาความลื่นไหลของกลุ่มว่าง M-H0 ที่ไม่มี HPMC ลดลงอย่างรวดเร็วในกลุ่มทดลองที่มี HPMC 0.05%, 0.10%, 0.20% และ 0.30% ระดับการลดลงของความไหลลดลงตามเวลา และค่าความไหลของปูนหลังจากยืนเป็นเวลา 60 นาที คือ 180, 177, 164 และ 155 มม. ตามลำดับ .ความลื่นไหลคือ 87.3%, 92.7%, 98.2%, 96.8%การรวมตัวกันของ HPMC สามารถปรับปรุงความสามารถในการกักเก็บของเหลวของปูนได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเกิดจากการรวมกันของ HPMC และโมเลกุลของน้ำในทางกลับกัน HPMC สามารถสร้างฟิล์มที่คล้ายกันได้ โดยมีโครงสร้างเป็นเครือข่ายและพันซีเมนต์ ซึ่งช่วยลดการระเหยของน้ำในปูนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำในระดับหนึ่งเป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อเนื้อหาของ HPMC อยู่ที่ 0.20% ความสามารถในการกักเก็บของเหลวของปูนจะถึงระดับสูงสุด

ความลื่นไหลของปูนพิมพ์ 3 มิติที่ผสมกับ HPMC ในปริมาณต่างกันคือ 160~206 มม.เนื่องจากพารามิเตอร์เครื่องพิมพ์ที่แตกต่างกัน ช่วงความไหลที่แนะนำซึ่งได้รับโดยนักวิจัยที่แตกต่างกันจึงแตกต่างกัน เช่น 150~190 มม., 160~170 มม.จากรูปที่ 3 จะเห็นได้โดยสัญชาตญาณ จะเห็นได้ว่าความลื่นไหลของปูนพิมพ์ 3 มิติที่ผสมกับ HPMC ส่วนใหญ่อยู่ในช่วงที่แนะนำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปริมาณ HPMC อยู่ที่ 0.20% ความลื่นไหลของปูนภายใน 60 นาทีจะอยู่ภายใน ช่วงที่แนะนำซึ่งตอบสนองความลื่นไหลและการวางซ้อนที่เหมาะสมดังนั้นแม้ว่าความลื่นไหลของปูนด้วยปริมาณ HPMC ที่เหมาะสมจะลดลง ซึ่งทำให้ความสามารถในการอัดขึ้นรูปลดลง แต่ก็ยังมีความสามารถในการอัดรีดที่ดีซึ่งอยู่ในช่วงที่แนะนำ

1.1.2ผลของ HPMC ต่อความสามารถในการวางซ้อนกันของปูนพิมพ์ 3 มิติ

ในกรณีที่ไม่ได้ใช้เทมเพลต ขนาดของอัตราการคงรูปร่างภายใต้น้ำหนักของตัวเองจะขึ้นอยู่กับความเค้นครากของวัสดุ ซึ่งสัมพันธ์กับการทำงานร่วมกันภายในระหว่างสารละลายและมวลรวมให้การรักษารูปร่างของปูนพิมพ์ 3 มิติที่มีเนื้อหา HPMC ที่แตกต่างกันอัตราการเปลี่ยนแปลงตามเวลายืนหลังจากเติม HPMC อัตราการรักษารูปร่างของปูนจะดีขึ้น โดยเฉพาะในระยะเริ่มแรกและยืนเป็นเวลา 20 นาทีอย่างไรก็ตาม ด้วยการขยายระยะเวลาการยืน ผลของการปรับปรุงของ HPMC ต่ออัตราการคงรูปร่างของปูนจะค่อยๆ ลดลง ซึ่งสาเหตุหลักมาจาก อัตราการเก็บรักษาเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหลังจากยืนเป็นเวลา 60 นาที HPMC เพียง 0.20% และ 0.30% เท่านั้นที่สามารถปรับปรุงอัตราการคงรูปของปูนได้

ผลการทดสอบความต้านทานการเจาะของปูนพิมพ์ 3D ที่มีเนื้อหา HPMC ที่แตกต่างกันจะแสดงในรูปที่ 5 จะเห็นได้จากรูปที่ 5 ว่าความต้านทานการเจาะโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นตามการขยายเวลายืน ซึ่งส่วนใหญ่เนื่องมาจากการไหลของ สารละลายในระหว่างกระบวนการให้ความชุ่มชื้นของซีเมนต์มันค่อย ๆ พัฒนาเป็นของแข็งแข็งใน 80 นาทีแรก การรวม HPMC จะเพิ่มความต้านทานการเจาะ และด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMC ความต้านทานการเจาะก็เพิ่มขึ้นยิ่งความต้านทานการเจาะทะลุมากเท่าใด การเสียรูปของวัสดุเนื่องจากภาระที่ใช้ก็ยิ่งมีความต้านทานของ HPMC มากขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่า HPMC สามารถปรับปรุงความสามารถในการวางซ้อนกันในช่วงแรกของปูนพิมพ์ 3D ได้เนื่องจากพันธะไฮดรอกซิลและอีเทอร์บนสายโซ่โพลีเมอร์ของ HPMC สามารถรวมเข้ากับน้ำได้อย่างง่ายดายผ่านพันธะไฮโดรเจน ส่งผลให้น้ำอิสระลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปและการเชื่อมต่อระหว่างอนุภาคเพิ่มขึ้น แรงเสียดทานจึงเพิ่มขึ้น ดังนั้นความต้านทานการเจาะในช่วงแรกจึงมีมากขึ้นหลังจากยืนเป็นเวลา 80 นาที เนื่องจากความชื้นของซีเมนต์ ความต้านทานการเจาะของกลุ่มเปล่าที่ไม่มี HPMC เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ความต้านทานการเจาะของกลุ่มทดสอบที่มี HPMC เพิ่มขึ้น อัตราไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญจนกว่าจะยืนประมาณ 160 นาทีตามที่ Chen และคณะ กล่าว สาเหตุหลักมาจาก HPMC สร้างฟิล์มป้องกันรอบๆ อนุภาคของซีเมนต์ ซึ่งจะช่วยยืดระยะเวลาการก่อตัวPourchez และคณะสันนิษฐานว่าสาเหตุหลักมาจากเส้นใย ผลิตภัณฑ์ย่อยสลายอีเทอร์อย่างง่าย (เช่น คาร์บอกซิเลต) หรือหมู่เมทอกซิลสามารถชะลอการให้ความชุ่มชื้นของซีเมนต์โดยชะลอการก่อตัวของ Ca(OH)2เป็นที่น่าสังเกตว่า เพื่อป้องกันไม่ให้การพัฒนาความต้านทานการเจาะทะลุได้รับผลกระทบจากการระเหยของน้ำบนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ การทดลองนี้จึงดำเนินการภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นเดียวกันโดยรวมแล้ว HPMC สามารถปรับปรุงความสามารถในการวางซ้อนของปูนสำหรับการพิมพ์ 3 มิติในระยะเริ่มต้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชะลอการแข็งตัวของเลือด และยืดเวลาการพิมพ์ของปูนสำหรับการพิมพ์ 3 มิติออกไป

เอนทิตีปูนสำหรับการพิมพ์ 3D (ความยาว 200 มม. × กว้าง 20 มม. × ความหนาของชั้น 8 มม.): กลุ่มเปล่าที่ไม่มี HPMC มีรูปร่างผิดปกติอย่างรุนแรง ยุบตัว และมีปัญหาเลือดออกเมื่อทำการพิมพ์ชั้นที่ 7ปูนกลุ่ม M-H0.20 มีความสามารถในการวางซ้อนได้ดีหลังจากพิมพ์ 13 ชั้น ความกว้างของขอบด้านบนคือ 16.58 มม. ความกว้างของขอบด้านล่างคือ 19.65 มม. และอัตราส่วนจากบนลงล่าง (อัตราส่วนของความกว้างของขอบบนต่อความกว้างของขอบล่าง) คือ 0.84ส่วนเบี่ยงเบนมิติมีขนาดเล็กดังนั้นจึงได้รับการตรวจสอบโดยการพิมพ์ว่าการรวม HPMC สามารถปรับปรุงความสามารถในการพิมพ์ของปูนได้อย่างมากความลื่นของปูนมีความสามารถในการอัดขึ้นรูปและการวางซ้อนที่ดีที่ 160~170 มม.อัตราการเก็บรักษารูปร่างน้อยกว่า 70 % มีรูปร่างผิดปกติอย่างรุนแรงและไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดในการพิมพ์

1.2อิทธิพลของ HPMC ต่อคุณสมบัติทางรีโอโลยีของปูนพิมพ์ 3 มิติ

ความหนืดปรากฏของเยื่อกระดาษบริสุทธิ์ภายใต้ปริมาณ HPMC ที่แตกต่างกันจะได้รับ: เมื่ออัตราเฉือนเพิ่มขึ้น ความหนืดปรากฏของเยื่อกระดาษบริสุทธิ์จะลดลง และปรากฏการณ์ของการทำให้ผอมบางของแรงเฉือนจะอยู่ภายใต้ปริมาณ HPMC สูงมันชัดเจนมากขึ้นสายโซ่โมเลกุลของ HPMC ไม่เป็นระเบียบและแสดงความหนืดที่สูงขึ้นที่อัตราเฉือนต่ำแต่ที่อัตราเฉือนสูง โมเลกุลของ HPMC จะเคลื่อนที่ขนานและเป็นระเบียบตามทิศทางแรงเฉือน ทำให้โมเลกุลเลื่อนได้ง่ายขึ้น ดังนั้นตาราง ความหนืดปรากฏของสารละลายจึงค่อนข้างต่ำเมื่ออัตราเฉือนมากกว่า 5.0 s-1 ความหนืดปรากฏของ P-H0 ในกลุ่มว่างจะคงที่โดยทั่วไปภายใน 5 Pa s;ในขณะที่ความหนืดปรากฏของสารละลายจะเพิ่มขึ้นหลังจากเติม HPMC และผสมกับ HPMCการเติม HPMC จะเพิ่มแรงเสียดทานภายในระหว่างอนุภาคซีเมนต์ ซึ่งจะเพิ่มความหนืดที่ชัดเจนของส่วนผสม และประสิทธิภาพในระดับมหภาคก็คือความสามารถในการอัดขึ้นรูปของปูนพิมพ์ 3D ลดลง

มีการบันทึกความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเฉือนและอัตราเฉือนของสารละลายบริสุทธิ์ในการทดสอบรีโอโลยี และใช้แบบจำลองบิงแฮมเพื่อให้เหมาะสมกับผลลัพธ์ผลลัพธ์แสดงในรูปที่ 8 และตารางที่ 3 เมื่อปริมาณ HPMC เท่ากับ 0.30% อัตราแรงเฉือนระหว่างการทดสอบจะมากกว่า 32.5 เมื่อความหนืดของสารละลายเกินช่วงของเครื่องมือที่ s-1 ข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ไม่สามารถสะสมคะแนนได้โดยทั่วไป พื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยเส้นโค้งขึ้นและลงในระยะคงที่ (10.0~50.0 s-1) จะถูกใช้เพื่อระบุลักษณะ thixotropy ของสารละลาย [21, 33]Thixotropy หมายถึงคุณสมบัติที่สารละลายมีความลื่นไหลได้ดีภายใต้การกระทำของแรงตัดภายนอก และสามารถกลับสู่สถานะเดิมได้หลังจากที่การตัดเฉือนถูกยกเลิกthixotropy ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญมากต่อความสามารถในการพิมพ์ของปูนจะเห็นได้จากรูปที่ 8 ว่าพื้นที่ไทโซโทรปิกของกลุ่มว่างที่ไม่มี HPMC มีค่าเพียง 116.55 Pa/sหลังจากเพิ่ม HPMC 0.10% พื้นที่ไทโซโทรปิกของตาข่ายเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเป็น 1,800.38 Pa/s;เมื่อเพิ่มขึ้น พื้นที่ไทโซโทรปิกของเพสต์ก็ลดลง แต่ก็ยังสูงกว่ากลุ่มว่างถึง 10 เท่าจากมุมมองของ thixotropy การรวม HPMC ช่วยเพิ่มความสามารถในการพิมพ์ของปูนได้อย่างมาก

เพื่อให้ปูนคงรูปร่างไว้หลังจากการอัดขึ้นรูป และทนต่อการรับน้ำหนักของชั้นที่อัดขึ้นรูปตามมา ปูนจะต้องมีค่าความเค้นที่ให้ผลผลิตสูงกว่าจะเห็นได้จากตารางที่ 3 ว่าความเค้นคราก τ0 ของสารละลายสุทธิได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากเติม HPMC และจะคล้ายกับ HPMCเนื้อหาของ HPMC มีความสัมพันธ์เชิงบวกเมื่อปริมาณ HPMC เท่ากับ 0.10%, 0.20% และ 0.30% ความเค้นครากของการวางตาข่ายจะเพิ่มขึ้นเป็น 8.6, 23.7 และ 31.8 เท่าของกลุ่มว่างตามลำดับความหนืดของพลาสติก μ ยังเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMCการพิมพ์ 3 มิติกำหนดให้ความหนืดพลาสติกของปูนไม่ควรน้อยเกินไป มิฉะนั้นการเสียรูปหลังจากการอัดขึ้นรูปจะมีขนาดใหญ่ในเวลาเดียวกันควรรักษาความหนืดของพลาสติกที่เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าการอัดขึ้นรูปวัสดุมีความสม่ำเสมอโดยสรุป จากมุมมองของกระแสวิทยา การรวมตัวกันของ HPMC มีผลเชิงบวกต่อการปรับปรุงความสามารถในการวางซ้อนกันของปูนพิมพ์ 3 มิติหลังจากรวม HPMC แล้ว สารเพียวเพสต์ยังคงเป็นไปตามแบบจำลองรีโอโลยีของบิงแฮม และความดีของความพอดี R2 ไม่ต่ำกว่า 0.99

1.3ผลกระทบของ HPMC ต่อคุณสมบัติทางกลของปูนพิมพ์ 3 มิติ

กำลังรับแรงอัดและแรงดัดงอ 28 d ของปูนพิมพ์ 3 มิติด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณ HPMC ความแข็งแรงของแรงอัดและแรงดัดงอ 28 d ของปูนพิมพ์ 3 มิติจึงลดลงเมื่อปริมาณ HPMC ถึง 0.30% กำลังรับแรงอัด 28 d และค่าแรงดัดงอคือ 30.3 และ 7.3 MPa ตามลำดับการศึกษาพบว่า HPMC มีผลต่อการกักเก็บอากาศ และหากมีปริมาณมากเกินไป ความพรุนภายในของปูนจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญความต้านทานการแพร่กระจายเพิ่มขึ้นและยากต่อการคายประจุทั้งหมดดังนั้นการเพิ่มขึ้นของความพรุนอาจเป็นสาเหตุที่ทำให้ความแข็งแรงของปูนพิมพ์ 3 มิติที่เกิดจาก HPMC ลดลง

กระบวนการขึ้นรูปแบบเคลือบที่เป็นเอกลักษณ์ของการพิมพ์ 3D ทำให้เกิดพื้นที่ที่อ่อนแอในโครงสร้างและคุณสมบัติทางกลระหว่างชั้นที่อยู่ติดกัน และความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างชั้นต่างๆ มีอิทธิพลอย่างมากต่อความแข็งแรงโดยรวมของส่วนประกอบที่พิมพ์สำหรับชิ้นงานพิมพ์ปูนพิมพ์ 3 มิติที่ผสมกับ HPMC M-H0.20 0.20% ถูกตัดออก และทดสอบความแข็งแรงของพันธะระหว่างชั้นด้วยวิธีการแยกชั้นระหว่างชั้นความแข็งแรงพันธะระหว่างชั้นของทั้งสามส่วนสูงกว่า 1.3 MPa;และเมื่อจำนวนชั้นต่ำ ความแข็งแรงของพันธะระหว่างชั้นจะสูงขึ้นเล็กน้อยเหตุผลอาจเป็นได้ว่าในอีกด้านหนึ่ง แรงโน้มถ่วงของชั้นบนทำให้ชั้นล่างมีพันธะที่หนาแน่นมากขึ้นในทางกลับกันพื้นผิวของปูนอาจมีความชื้นมากขึ้นเมื่อพิมพ์ชั้นล่างในขณะที่ความชื้นพื้นผิวของปูนลดลงเนื่องจากการระเหยและความชื้นเมื่อพิมพ์ชั้นบน ดังนั้นการยึดเกาะระหว่างชั้นล่างสุดจึงแข็งแกร่งขึ้น

1.4ผลของ HPMC ต่อจุลสัณฐานวิทยาของปูนพิมพ์ 3 มิติ

ภาพ SEM ของชิ้นงาน M-H0 และ M-H0.20 ที่อายุ 3 วันแสดงให้เห็นว่ารูพรุนบนพื้นผิวของชิ้นงาน M-H0.20 เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหลังจากเพิ่ม HPMC 0.20% และขนาดรูพรุนมีขนาดใหญ่กว่าของ กลุ่มที่ว่างเปล่าในด้านหนึ่งเป็นเพราะ HPMC มีผลในการกักเก็บอากาศ ซึ่งจะทำให้รูขุมขนเล็กและสม่ำเสมอในทางกลับกัน อาจเป็นไปได้ว่าการเติม HPMC จะเพิ่มความหนืดของสารละลาย ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความต้านทานการปล่อยอากาศภายในสารละลายการเพิ่มขึ้นอาจเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้คุณสมบัติทางกลของปูนลดลงโดยสรุป เพื่อให้มั่นใจถึงความแข็งแกร่งของปูนพิมพ์ 3D เนื้อหาของ HPMC ไม่ควรใหญ่เกินไป (≤ 0.20%)

สรุปแล้ว

(1) Hydroxypropyl methylcellulose HPMC ช่วยเพิ่มความสามารถในการพิมพ์ของปูนด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ HPMC ความสามารถในการอัดรีดของปูนลดลงแต่ยังคงมีความสามารถในการอัดขึ้นรูปที่ดี ความสามารถในการวางซ้อนได้รับการปรับปรุง และสามารถพิมพ์ได้ เวลาที่ยืดเยื้อได้รับการตรวจสอบโดยการพิมพ์แล้วว่าการเสียรูปของชั้นล่างสุดของปูนลดลงหลังจากเพิ่ม HPMC และอัตราส่วนบน-ล่างคือ 0.84 เมื่อปริมาณ HPMC เท่ากับ 0.20%

(2) HPMC ปรับปรุงคุณสมบัติทางรีโอโลจีของปูนพิมพ์ 3 มิติด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณ HPMC ความหนืดที่ชัดเจน ความเค้นผลผลิต และความหนืดพลาสติกของสารละลายเพิ่มขึ้นthixotropy จะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลง และได้รับความสามารถในการพิมพ์การปรับปรุง.จากมุมมองของกระแสวิทยา การเพิ่ม HPMC ยังสามารถปรับปรุงความสามารถในการพิมพ์ของปูนได้อีกด้วยหลังจากเพิ่ม HPMC แล้ว สารละลายยังคงเป็นไปตามแบบจำลองรีโอโลยีของบิงแฮม และความดีของความพอดี R2≥0.99

(3) หลังจากเพิ่ม HPMC แล้ว โครงสร้างจุลภาคและรูพรุนของวัสดุจะเพิ่มขึ้นขอแนะนำว่าเนื้อหาของ HPMC ไม่ควรเกิน 0.20% มิฉะนั้นจะมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของปูนความแข็งแรงการยึดเกาะระหว่างชั้นต่างๆ ของปูนพิมพ์ 3D จะแตกต่างกันเล็กน้อย และจำนวนชั้น เมื่อลดลง ความแข็งแรงพันธะระหว่างชั้นปูนจะสูงขึ้น