تأثير HPMC على مونة الطباعة ثلاثية الأبعاد

1.1تأثير HPMC على قابلية الطباعة لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد

1.1.1تأثير HPMC على قابلية بثق ملاط ​​الطباعة ثلاثية الأبعاد

تم السماح للمجموعة الفارغة M-H0 بدون HPMC ومجموعات الاختبار التي تحتوي على محتوى HPMC بنسبة 0.05% و0.10% و0.20% و0.30% بالوقوف لفترات زمنية مختلفة، ثم تم اختبار السيولة. يمكن ملاحظة أن دمج HPMC سيقلل بشكل كبير من سيولة الملاط؛ عندما يتم زيادة محتوى HPMC تدريجيًا من 0% إلى 0.30%، تنخفض السيولة الأولية للملاط من 243 ملم إلى 206، 191، 167، و160 ملم، على التوالي. HPMC عبارة عن بوليمر جزيئي عالي. يمكن أن تتشابك مع بعضها البعض لتشكل بنية شبكية، ويمكن زيادة تماسك ملاط ​​الأسمنت عن طريق تغليف مكونات مثل Ca(OH) 2. وبالفحص المجهري، يتم تحسين تماسك الملاط. مع تمديد فترة الانتظار، تزداد درجة ترطيب الملاط. زيادة، فقدت السيولة مع مرور الوقت. انخفضت سيولة المجموعة الفارغة M-H0 بدون HPMC بسرعة. في المجموعة التجريبية التي تحتوي على 0.05%، 0.10%، 0.20% و0.30% HPMC، انخفضت درجة انخفاض السيولة مع الوقت، وكانت سيولة الملاط بعد الوقوف لمدة 60 دقيقة 180، 177، 164، و155 ملم على التوالي. . السيولة 87.3%، 92.7%، 98.2%، 96.8%. يمكن أن يؤدي دمج HPMC إلى تحسين قدرة الاحتفاظ بسيولة الملاط بشكل كبير، والذي يرجع إلى مزيج HPMC وجزيئات الماء؛ من ناحية أخرى، يمكن لـ HPMC تشكيل فيلم مشابه له هيكل شبكي ويغلف الأسمنت، مما يقلل بشكل فعال من تطاير الماء في الملاط وله أداء معين في الاحتفاظ بالمياه. ومن الجدير بالذكر أنه عندما يكون محتوى HPMC 0.20%، فإن قدرة الاحتفاظ بسيولة الملاط تصل إلى أعلى مستوى.

تبلغ سيولة ملاط ​​الطباعة ثلاثية الأبعاد الممزوج بكميات مختلفة من HPMC 160 ~ 206 ملم. نظرًا لمعلمات الطابعة المختلفة، تختلف نطاقات السيولة الموصى بها التي حصل عليها باحثون مختلفون، مثل 150 ~ 190 مم، 160 ~ 170 مم. من الشكل 3، يمكن أن نرى بشكل بديهي أن سيولة ملاط ​​الطباعة ثلاثية الأبعاد الممزوج بـ HPMC تكون في الغالب ضمن النطاق الموصى به، خاصة عندما يكون محتوى HPMC 0.20٪، فإن سيولة الملاط خلال 60 دقيقة تكون ضمن النطاق النطاق الموصى به، والذي يلبي السيولة المناسبة وقابلية التكديس. ولذلك، على الرغم من انخفاض سيولة الملاط بكمية مناسبة من HPMC، مما يؤدي إلى انخفاض في قابلية البثق، إلا أنه لا يزال يتمتع بقابلية بثق جيدة، والتي تقع ضمن النطاق الموصى به.

1.1.2تأثير HPMC على قابلية تكديس مدافع الهاون للطباعة ثلاثية الأبعاد

في حالة عدم استخدام القالب، يعتمد حجم معدل الاحتفاظ بالشكل تحت الوزن الذاتي على إجهاد الخضوع للمادة، والذي يرتبط بالتماسك الداخلي بين الملاط والركام. يتم إعطاء الاحتفاظ بالشكل لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد بمحتويات HPMC المختلفة. معدل التغير مع زمن الانتظار. بعد إضافة HPMC، يتم تحسين معدل الاحتفاظ بالشكل للملاط، خاصة في المرحلة الأولية والبقاء لمدة 20 دقيقة. ومع ذلك، مع تمديد فترة الانتظار، ضعف تأثير تحسين HPMC على معدل الاحتفاظ بالشكل للملاط تدريجيًا، والذي يرجع بشكل رئيسي إلى زيادة معدل الاحتفاظ بشكل ملحوظ. بعد الوقوف لمدة 60 دقيقة، فقط 0.20% و0.30% HPMC يمكنها تحسين معدل الاحتفاظ بالشكل للملاط.

تظهر نتائج اختبار مقاومة الاختراق لملاط الطباعة ثلاثي الأبعاد بمحتويات مختلفة من HPMC في الشكل 5. ويمكن أن نرى من الشكل 5 أن مقاومة الاختراق تزداد عمومًا مع تمديد وقت الانتظار، والذي يرجع بشكل أساسي إلى تدفق المادة الطين أثناء عملية ترطيب الأسمنت. تطورت تدريجياً إلى مادة صلبة صلبة. في أول 80 دقيقة، أدى دمج HPMC إلى زيادة مقاومة الاختراق، ومع زيادة محتوى HPMC، زادت مقاومة الاختراق. كلما زادت مقاومة الاختراق، وتشوه المادة بسبب الحمل المطبق، زادت مقاومة HPMC، مما يشير إلى أن HPMC يمكنه تحسين قابلية التكديس المبكر لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد. بما أن روابط الهيدروكسيل والأثير في سلسلة البوليمر من HPMC يتم دمجها بسهولة مع الماء من خلال روابط الهيدروجين، مما يؤدي إلى التخفيض التدريجي للمياه الحرة وزيادة الاتصال بين الجزيئات، تزداد قوة الاحتكاك، وبالتالي تصبح مقاومة الاختراق المبكر أكبر. بعد الوقوف لمدة 80 دقيقة، بسبب ترطيب الأسمنت، زادت مقاومة الاختراق للمجموعة الفارغة بدون HPMC بسرعة، في حين زادت مقاومة الاختراق لمجموعة الاختبار مع HPMC ولم يتغير المعدل بشكل ملحوظ حتى حوالي 160 دقيقة من الوقوف. وفقا لتشن وآخرون، ويرجع ذلك أساسا إلى أن HPMC يشكل طبقة واقية حول جزيئات الأسمنت، مما يطيل وقت الإعداد؛ بورشيز وآخرون. يُعتقد أن هذا يرجع بشكل أساسي إلى منتجات تحلل الأثير البسيطة للألياف (مثل الكربوكسيلات) أو مجموعات الميثوكسيل التي يمكن أن تؤخر ترطيب الأسمنت عن طريق إعاقة تكوين Ca(OH)2. ومن الجدير بالذكر أنه من أجل منع تطور مقاومة الاختراق من التأثر بتبخر الماء على سطح العينة، تم إجراء هذه التجربة تحت نفس ظروف درجة الحرارة والرطوبة. على العموم، يمكن لـ HPMC تحسين قابلية تكديس ملاط ​​الطباعة ثلاثية الأبعاد بشكل فعال في المرحلة الأولية، وتأخير التخثر، وإطالة وقت الطباعة لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد.

كيان مونة الطباعة ثلاثية الأبعاد (الطول 200 مم × العرض 20 مم × سماكة الطبقة 8 مم): المجموعة الفارغة التي لا تحتوي على HPMC تعرضت لتشوهات شديدة وانهارت وواجهت مشاكل نزيف عند طباعة الطبقة السابعة؛ تتميز مجموعة الملاط M-H0.20 بقابلية تكديس جيدة. بعد طباعة 13 طبقة، يكون عرض الحافة العلوية 16.58 ملم، وعرض الحافة السفلية 19.65 ملم، والنسبة من الأعلى إلى الأسفل (نسبة عرض الحافة العلوية إلى عرض الحافة السفلية) 0.84. انحراف الأبعاد صغير. لذلك، تم التحقق من خلال الطباعة أن دمج HPMC يمكن أن يحسن بشكل كبير إمكانية طباعة الملاط. تتميز سيولة الملاط بقابلية بثق جيدة وقابلية للتكديس عند 160 ~ 170 مم؛ معدل الاحتفاظ بالشكل أقل من 70% يكون مشوهًا بشكل خطير ولا يمكنه تلبية متطلبات الطباعة.

1.2تأثير HPMC على الخواص الريولوجية لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد

يتم إعطاء اللزوجة الظاهرة لللب النقي تحت محتوى HPMC مختلف: مع زيادة معدل القص، تنخفض اللزوجة الظاهرة لللب النقي، وتكون ظاهرة ترقق القص تحت محتوى HPMC العالي. إنه أكثر وضوحا. السلسلة الجزيئية HPMC مضطربة وتظهر لزوجة أعلى عند معدل قص منخفض؛ ولكن عند معدل القص المرتفع، تتحرك جزيئات HPMC بشكل متوازي ومنظم على طول اتجاه القص، مما يجعل انزلاق الجزيئات أسهل، وبالتالي فإن اللزوجة الظاهرة للملاط تكون منخفضة نسبيًا. عندما يكون معدل القص أكبر من 5.0 ثانية-1، فإن اللزوجة الظاهرة لـ P-H0 في المجموعة الفارغة تكون مستقرة بشكل أساسي خلال 5 باسكال ثانية؛ بينما تزداد اللزوجة الظاهرة للملاط بعد إضافة HPMC وخلطه مع HPMC. تؤدي إضافة HPMC إلى زيادة الاحتكاك الداخلي بين جزيئات الأسمنت، مما يزيد من اللزوجة الظاهرة للعجينة، والأداء العياني هو أن قابلية البثق لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد تقل.

تم تسجيل العلاقة بين إجهاد القص ومعدل القص للملاط النقي في الاختبار الريولوجي، وتم استخدام نموذج بينغهام لملاءمة النتائج. تظهر النتائج في الشكل 8 والجدول 3. عندما كان محتوى HPMC 0.30%، كان معدل القص أثناء الاختبار أكبر من 32.5 عندما تتجاوز لزوجة الملاط نطاق الجهاز عند s-1، البيانات المقابلة لا يمكن جمع النقاط. بشكل عام، يتم استخدام المنطقة المحاطة بالمنحنيات الصاعدة والهابطة في المرحلة المستقرة (10.0 ~ 50.0 ثانية -1) لتوصيف الانسيابية في الملاط [21، 33]. يشير الانسيابية المتغيرة إلى خاصية أن الملاط يتمتع بسيولة كبيرة تحت تأثير قوة القص الخارجية، ويمكن أن يعود إلى حالته الأصلية بعد إلغاء عملية القص. إن الانسيابية المناسبة مهمة جدًا لقابلية طباعة الملاط. يمكن أن نرى من الشكل 8 أن المنطقة المتغيرة الانسيابية للمجموعة الفارغة بدون HPMC كانت 116.55 باسكال/ثانية فقط؛ وبعد إضافة 0.10% من HPMC، زادت المساحة المتغيرة الانسيابية للعجينة الصافية بشكل ملحوظ إلى 1800.38 باسكال/ثانية؛ مع زيادة ، انخفضت مساحة المعجون المتغيرة الانسيابية، لكنها ظلت أعلى بـ 10 مرات من مساحة المجموعة الفارغة. من وجهة نظر متغيرة الانسيابية، أدى دمج HPMC إلى تحسين قابلية طباعة الملاط بشكل كبير.

لكي يحافظ الملاط على شكله بعد البثق ويتحمل حمولة الطبقة المبثوقة اللاحقة، يحتاج الملاط إلى أن يكون لديه إجهاد إنتاجي أعلى. يمكن أن نرى من الجدول 3 أن إجهاد الخضوع τ0 للملاط الصافي قد تحسن بشكل ملحوظ بعد إضافة HPMC، وهو مشابه لـ HPMC. يرتبط محتوى HPMC بشكل إيجابي؛ عندما يكون محتوى HPMC 0.10%، 0.20%، و0.30%، فإن إجهاد الخضوع للمعجون الصافي يزيد إلى 8.6، 23.7، و31.8 مرة من المجموعة الفارغة، على التوالي؛ تزداد اللزوجة البلاستيكية μ أيضًا مع زيادة محتوى HPMC. تتطلب الطباعة ثلاثية الأبعاد ألا تكون اللزوجة البلاستيكية للملاط صغيرة جدًا، وإلا فإن التشوه بعد البثق سيكون كبيرًا؛ وفي الوقت نفسه، ينبغي الحفاظ على اللزوجة البلاستيكية المناسبة لضمان اتساق قذف المواد. باختصار، من وجهة نظر الريولوجيا، فإن تأسيس HPMC له تأثير إيجابي على تحسين قابلية التكديس لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد. بعد دمج HPMC، لا يزال المعجون النقي يتوافق مع نموذج Bingham الريولوجي، ولا تقل جودة الملاءمة R2 عن 0.99.

1.3تأثير HPMC على الخواص الميكانيكية لمونة الطباعة ثلاثية الأبعاد

قوة الضغط 28 د وقوة الانحناء لمونة الطباعة ثلاثية الأبعاد. مع زيادة محتوى HPMC، انخفضت قوة الضغط والانحناء البالغة 28 يومًا لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد؛ عندما وصل محتوى HPMC إلى 0.30%، كانت قوة الضغط 28 د وقوة الانثناء 30.3 و7.3 ميجا باسكال، على التوالي. أظهرت الدراسات أن HPMC له تأثير معين على احتجاز الهواء، وإذا كان محتواه مرتفعًا جدًا، فإن المسامية الداخلية للملاط ستزيد بشكل كبير؛ تزداد مقاومة الانتشار ويصعب تفريغها بالكامل. لذلك، قد تكون زيادة المسامية هي السبب في انخفاض قوة ملاط ​​الطباعة ثلاثي الأبعاد الناتج عن HPMC.

تؤدي عملية قولبة التصفيح الفريدة للطباعة ثلاثية الأبعاد إلى وجود مناطق ضعيفة في البنية والخواص الميكانيكية بين الطبقات المتجاورة، كما أن قوة الترابط بين الطبقات لها تأثير كبير على القوة الإجمالية للمكون المطبوع. بالنسبة لعينات ملاط ​​الطباعة ثلاثية الأبعاد الممزوجة بنسبة 0.20% من HPMC M-H0.20، تم قطعها، وتم اختبار قوة رابطة الطبقة البينية بواسطة طريقة تقسيم الطبقة البينية. كانت قوة الرابطة البينية للأجزاء الثلاثة أعلى من 1.3 ميجا باسكال؛ وعندما كان عدد الطبقات منخفضًا، كانت قوة رابطة الطبقات البينية أعلى قليلاً. قد يكون السبب، من ناحية، أن جاذبية الطبقة العليا تجعل الطبقات السفلية أكثر ترابطًا؛ من ناحية أخرى، قد يكون سطح المونة أكثر رطوبة عند طباعة الطبقة السفلية، في حين تقل الرطوبة السطحية للملاط بسبب التبخر والترطيب عند طباعة الطبقة العليا، وبالتالي يكون الترابط بين الطبقات السفلية أقوى.

1.4تأثير HPMC على الشكل الدقيق لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد

تُظهر صور SEM لعينات M-H0 وM-H0.20 عند عمر 3 d أن المسام السطحية لعينات M-H0.20 تزداد بشكل ملحوظ بعد إضافة HPMC بنسبة 0.20%، وأن حجم المسام أكبر من حجم المسام. المجموعة الفارغة. هذا من ناحية، لأن HPMC له تأثير حبس الهواء، والذي يقدم مسام موحدة ودقيقة؛ ومن ناحية أخرى، قد يكون من الممكن أن تؤدي إضافة HPMC إلى زيادة لزوجة الملاط، وبالتالي زيادة مقاومة تفريغ الهواء داخل الملاط. قد تكون الزيادة هي السبب الرئيسي لانخفاض الخواص الميكانيكية للملاط. خلاصة القول، من أجل ضمان قوة ملاط ​​الطباعة ثلاثية الأبعاد، يجب ألا يكون محتوى HPMC كبيرًا جدًا (≥ 0.20%).

ختاماً

(1) يعمل هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز HPMC على تحسين قابلية طباعة الملاط. مع زيادة محتوى HPMC، تقل قابلية بثق الملاط ولكنها لا تزال تتمتع بقدرة بثق جيدة، ويتم تحسين قابلية التكديس، ويطول وقت الطباعة. تم التحقق من خلال الطباعة أن تشوه الطبقة السفلية للملاط يتم تقليله بعد إضافة HPMC، وتكون نسبة أعلى القاع 0.84 عندما يكون محتوى HPMC 0.20%.

(2) يعمل HPMC على تحسين الخصائص الريولوجية لملاط الطباعة ثلاثي الأبعاد. مع زيادة محتوى HPMC، تزداد اللزوجة الظاهرة وإجهاد الخضوع واللزوجة البلاستيكية للملاط؛ يزداد الانسيابية أولاً ثم يتناقص، ويتم الحصول على قابلية الطباعة. تحسين. من منظور الريولوجيا، يمكن أن تؤدي إضافة HPMC أيضًا إلى تحسين إمكانية طباعة الملاط. بعد إضافة HPMC، يظل الملاط مطابقًا لنموذج Bingham الريولوجي، وجودة الملاءمة R2≥0.99.

(3) بعد إضافة HPMC، تزداد البنية المجهرية والمسام للمادة. من المستحسن ألا يتجاوز محتوى HPMC 0.20%، وإلا سيكون له تأثير كبير على الخواص الميكانيكية للملاط. تختلف قوة الترابط بين الطبقات المختلفة لملاط الطباعة ثلاثية الأبعاد قليلاً، وعندما يكون عدد الطبقات أقل، تكون قوة الترابط بين طبقات الملاط أعلى.