1.1Επίδραση του HPMC στην εκτυπωσιμότητα των κονιαμάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης
1.1.1Η επίδραση του HPMC στη δυνατότητα εξώθησης των κονιαμάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης
Η τυφλή ομάδα Μ-Η0 χωρίς HPMC και οι δοκιμαστικές ομάδες με περιεχόμενο HPMC 0,05%, 0,10%, 0,20% και 0,30% αφέθηκαν να παραμείνουν για διαφορετικές χρονικές περιόδους και στη συνέχεια δοκιμάστηκε η ρευστότητα. Φαίνεται ότι η ενσωμάτωση του HPMC θα μειώσει σημαντικά τη ρευστότητα του κονιάματος. όταν η περιεκτικότητα σε HPMC αυξάνεται σταδιακά από 0% σε 0,30%, η αρχική ρευστότητα του κονιάματος μειώνεται από 243 mm σε 206, 191, 167 και 160 mm, αντίστοιχα. Το HPMC είναι ένα υψηλού μοριακού πολυμερούς. Μπορούν να εμπλακούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν μια δομή δικτύου και η συνοχή του πολτού τσιμέντου μπορεί να αυξηθεί με την ενθυλάκωση εξαρτημάτων όπως το Ca(OH) 2. Μακροσκοπικά, η συνοχή του κονιάματος βελτιώνεται. Με την παράταση του χρόνου παραμονής αυξάνεται ο βαθμός ενυδάτωσης του κονιάματος. αυξήθηκε, η ρευστότητα χάθηκε με την πάροδο του χρόνου. Η ρευστότητα της τυφλής ομάδας Μ-Η0 χωρίς HPMC μειώθηκε γρήγορα. Στην πειραματική ομάδα με 0,05%, 0,10%, 0,20% και 0,30% HPMC, ο βαθμός μείωσης της ρευστότητας μειώθηκε με το χρόνο και η ρευστότητα του κονιάματος μετά από παραμονή για 60 λεπτά ήταν 180, 177, 164 και 155 mm, αντίστοιχα. . Η ρευστότητα είναι 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%. Η ενσωμάτωση του HPMC μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ικανότητα συγκράτησης της ρευστότητας του κονιάματος, η οποία οφείλεται στον συνδυασμό HPMC και μορίων νερού. Από την άλλη πλευρά, το HPMC μπορεί να σχηματίσει ένα παρόμοιο φιλμ Έχει δομή δικτύου και τυλίγει το τσιμέντο, το οποίο μειώνει αποτελεσματικά την εξάτμιση του νερού στο κονίαμα και έχει μια συγκεκριμένη απόδοση συγκράτησης νερού. Αξίζει να σημειωθεί ότι όταν η περιεκτικότητα σε HPMC είναι 0,20%, η ικανότητα συγκράτησης της ρευστότητας του κονιάματος φτάνει στο υψηλότερο επίπεδο.
Η ρευστότητα του κονιάματος 3D εκτύπωσης που αναμιγνύεται με διαφορετικές ποσότητες HPMC είναι 160~206 mm. Λόγω των διαφορετικών παραμέτρων του εκτυπωτή, τα προτεινόμενα εύρη ρευστότητας που λαμβάνονται από διαφορετικούς ερευνητές είναι διαφορετικά, όπως 150~190 mm, 160~170 mm. Από το σχήμα 3, μπορεί να φανεί διαισθητικά Μπορεί να φανεί ότι η ρευστότητα του κονιάματος 3D εκτύπωσης που αναμιγνύεται με HPMC είναι κυρίως εντός του συνιστώμενου εύρους, ειδικά όταν η περιεκτικότητα σε HPMC είναι 0,20%, η ρευστότητα του κονιάματος εντός 60 λεπτών είναι εντός το συνιστώμενο εύρος, το οποίο ικανοποιεί την κατάλληλη ρευστότητα και δυνατότητα στοίβαξης. Επομένως, αν και η ρευστότητα του κονιάματος με κατάλληλη ποσότητα HPMC είναι μειωμένη, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της ικανότητας εξώθησης, εξακολουθεί να έχει καλή ικανότητα εξώθησης, η οποία είναι εντός του συνιστώμενου εύρους.
1.1.2Η επίδραση του HPMC στη δυνατότητα στοίβαξης των κονιαμάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης
Σε περίπτωση μη χρήσης εκμαγείου, το μέγεθος του ρυθμού διατήρησης του σχήματος υπό το ίδιο βάρος εξαρτάται από την τάση διαρροής του υλικού, η οποία σχετίζεται με την εσωτερική συνοχή μεταξύ του πολτού και του αδρανούς. Δίνεται η διατήρηση σχήματος των κονιαμάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης με διαφορετική περιεκτικότητα HPMC. Ο ρυθμός μεταβολής με το χρόνο στάσης. Μετά την προσθήκη HPMC, ο ρυθμός διατήρησης σχήματος του κονιάματος βελτιώνεται, ειδικά στο αρχικό στάδιο και η παραμονή του για 20 λεπτά. Ωστόσο, με την επιμήκυνση του χρόνου παραμονής, η βελτιωτική επίδραση του HPMC στο ρυθμό διατήρησης σχήματος του κονιάματος σταδιακά εξασθενούσε, γεγονός που οφειλόταν κυρίως στο ότι ο ρυθμός κατακράτησης αυξάνεται σημαντικά. Μετά από παραμονή για 60 λεπτά, μόνο 0,20% και 0,30% HPMC μπορούν να βελτιώσουν το ποσοστό διατήρησης σχήματος του κονιάματος.
Τα αποτελέσματα της δοκιμής αντίστασης διείσδυσης του κονιάματος εκτύπωσης 3D με διαφορετικά περιεχόμενα HPMC φαίνονται στο σχήμα 5. Μπορεί να φανεί από το σχήμα 5 ότι η αντίσταση διείσδυσης γενικά αυξάνεται με την επέκταση του χρόνου παραμονής, που οφείλεται κυρίως στη ροή του πολτός κατά τη διαδικασία ενυδάτωσης του τσιμέντου. Σταδιακά εξελίχθηκε σε ένα άκαμπτο στερεό. στα πρώτα 80 λεπτά, η ενσωμάτωση HPMC αύξησε την αντίσταση διείσδυσης και με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC αυξήθηκε η αντίσταση διείσδυσης. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση διείσδυσης, η παραμόρφωση του υλικού λόγω του εφαρμοζόμενου φορτίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση του HPMC, γεγονός που δείχνει ότι το HPMC μπορεί να βελτιώσει την πρώιμη στοιβασία του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης. Δεδομένου ότι οι δεσμοί υδροξυλίου και αιθέρας στην αλυσίδα πολυμερούς του HPMC συνδυάζονται εύκολα με νερό μέσω δεσμών υδρογόνου, με αποτέλεσμα τη σταδιακή μείωση του ελεύθερου νερού και την αύξηση της σύνδεσης μεταξύ των σωματιδίων, η δύναμη τριβής αυξάνεται, οπότε η αντίσταση πρώιμης διείσδυσης γίνεται μεγαλύτερη. Μετά από παραμονή για 80 λεπτά, λόγω της ενυδάτωσης του τσιμέντου, η αντίσταση διείσδυσης της τυφλής ομάδας χωρίς HPMC αυξήθηκε γρήγορα, ενώ η αντίσταση διείσδυσης της δοκιμαστικής ομάδας με HPMC αυξήθηκε. Ο ρυθμός δεν άλλαξε σημαντικά μέχρι τα 160 λεπτά περίπου παραμονής. Σύμφωνα με τους Chen et al., αυτό συμβαίνει κυρίως επειδή το HPMC σχηματίζει ένα προστατευτικό φιλμ γύρω από τα σωματίδια τσιμέντου, το οποίο παρατείνει το χρόνο πήξης. Pourchez et al. εικάστηκε ότι αυτό οφείλεται κυρίως στις ίνες Τα απλά προϊόντα αποικοδόμησης αιθέρα (όπως καρβοξυλικά) ή μεθοξυλικές ομάδες μπορούν να καθυστερήσουν την ενυδάτωση του τσιμέντου επιβραδύνοντας τον σχηματισμό του Ca(OH)2. Αξίζει να σημειωθεί ότι, προκειμένου να μην επηρεαστεί η ανάπτυξη αντίστασης διείσδυσης από την εξάτμιση του νερού στην επιφάνεια του δείγματος, αυτό το πείραμα πραγματοποιήθηκε κάτω από τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας. Συνολικά, το HPMC μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά τη δυνατότητα στοίβαξης του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης στο αρχικό στάδιο, να καθυστερήσει την πήξη και να παρατείνει τον εκτυπώσιμο χρόνο του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Οντότητα κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης (μήκος 200 mm × πλάτος 20 mm × πάχος στρώματος 8 mm): Η κενή ομάδα χωρίς HPMC παραμορφώθηκε σοβαρά, κατέρρευσε και είχε προβλήματα αιμορραγίας κατά την εκτύπωση του έβδομου στρώματος. Το κονίαμα ομάδας M-H0.20 έχει καλή στοιβασία. Μετά την εκτύπωση 13 στρώσεων, το πλάτος του επάνω άκρου είναι 16,58 mm, το πλάτος του κάτω άκρου είναι 19,65 mm και η αναλογία από πάνω προς το κάτω μέρος (ο λόγος του πλάτους του επάνω άκρου προς το πλάτος του κάτω άκρου) είναι 0,84. Η απόκλιση των διαστάσεων είναι μικρή. Ως εκ τούτου, έχει επαληθευτεί με εκτύπωση ότι η ενσωμάτωση του HPMC μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την εκτυπωσιμότητα του κονιάματος. Η ρευστότητα του κονιάματος έχει καλή ικανότητα εξώθησης και στοίβαξης στα 160~170 mm. Το ποσοστό διατήρησης σχήματος είναι μικρότερο από 70 % έχει σοβαρή παραμόρφωση και δεν μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις εκτύπωσης.
1.2Επίδραση του HPMC στις ρεολογικές ιδιότητες των κονιαμάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης
Δίνεται το φαινομενικό ιξώδες του καθαρού πολτού υπό διαφορετική περιεκτικότητα HPMC: με την αύξηση του ρυθμού διάτμησης, το φαινομενικό ιξώδες του καθαρού πολτού μειώνεται και το φαινόμενο της αραίωσης διάτμησης είναι κάτω από υψηλή περιεκτικότητα HPMC. Είναι πιο προφανές. Η μοριακή αλυσίδα HPMC είναι διαταραγμένη και παρουσιάζει υψηλότερο ιξώδες σε χαμηλό ρυθμό διάτμησης. αλλά με υψηλό ρυθμό διάτμησης, τα μόρια HPMC κινούνται παράλληλα και με τάξη κατά μήκος της διεύθυνσης διάτμησης, καθιστώντας τα μόρια ευκολότερα να ολισθαίνουν, οπότε ο πίνακας Το φαινομενικό ιξώδες του πολτού είναι σχετικά χαμηλό. Όταν ο ρυθμός διάτμησης είναι μεγαλύτερος από 5,0 s-1, το φαινομενικό ιξώδες του P-H0 στην τυφλή ομάδα είναι βασικά σταθερό εντός 5 Pa s. ενώ το φαινομενικό ιξώδες του πολτού αυξάνεται μετά την προσθήκη HPMC και αναμιγνύεται με HPMC. Η προσθήκη HPMC αυξάνει την εσωτερική τριβή μεταξύ των σωματιδίων τσιμέντου, γεγονός που αυξάνει το φαινομενικό ιξώδες της πάστας και η μακροσκοπική απόδοση είναι ότι μειώνεται η ικανότητα εξώθησης του κονιάματος 3D εκτύπωσης.
Η σχέση μεταξύ της διατμητικής τάσης και του ρυθμού διάτμησης του καθαρού πολτού στη ρεολογική δοκιμή καταγράφηκε και χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο Bingham για την προσαρμογή των αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα φαίνονται στο Σχήμα 8 και στον Πίνακα 3. Όταν το περιεχόμενο HPMC ήταν 0,30%, ο ρυθμός διάτμησης κατά τη διάρκεια της δοκιμής ήταν μεγαλύτερος από 32,5 Όταν το ιξώδες του πολτού υπερβαίνει το εύρος του οργάνου στο s-1, τα αντίστοιχα δεδομένα δεν μπορούν να συγκεντρωθούν πόντοι. Γενικά, η περιοχή που περικλείεται από τις καμπύλες ανόδου και πτώσης στο σταθερό στάδιο (10,0~50,0 s-1) χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό της θιξοτροπίας του πολτού [21, 33]. Η θιξοτροπία αναφέρεται στην ιδιότητα ότι ο πολτός έχει μεγάλη ρευστότητα υπό τη δράση διάτμησης εξωτερικής δύναμης και μπορεί να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση μετά την ακύρωση της δράσης διάτμησης. Η κατάλληλη θιξοτροπία είναι πολύ σημαντική για την εκτυπωσιμότητα του κονιάματος. Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 8 ότι η θιξοτροπική περιοχή της τυφλής ομάδας χωρίς HPMC ήταν μόνο 116,55 Pa/s. Μετά την προσθήκη 0,10% HPMC, η θιξοτροπική περιοχή της καθαρής πάστας αυξήθηκε σημαντικά σε 1 800,38 Pa/s. Με την αύξηση του , η θιξοτροπική περιοχή της πάστας μειώθηκε, αλλά ήταν ακόμα 10 φορές υψηλότερη από αυτή της τυφλής ομάδας. Από την άποψη της θιξοτροπίας, η ενσωμάτωση του HPMC βελτίωσε σημαντικά την εκτυπωσιμότητα του κονιάματος.
Για να διατηρήσει το κονίαμα το σχήμα του μετά την εξώθηση και να αντέξει το φορτίο της επόμενης εξωθημένης στρώσης, το κονίαμα πρέπει να έχει μεγαλύτερη τάση διαρροής. Μπορεί να φανεί από τον Πίνακα 3 ότι η τάση διαρροής τ0 του καθαρού πολτού βελτιώνεται σημαντικά μετά την προσθήκη HPMC και είναι παρόμοια με το HPMC. Το περιεχόμενο του HPMC συσχετίζεται θετικά. Όταν η περιεκτικότητα σε HPMC είναι 0,10%, 0,20% και 0,30%, η τάση διαρροής της καθαρής πάστας αυξάνεται σε 8,6, 23,7 και 31,8 φορές εκείνη της τυφλής ομάδας, αντίστοιχα. το πλαστικό ιξώδες μ αυξάνεται επίσης με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC. Η τρισδιάστατη εκτύπωση απαιτεί το πλαστικό ιξώδες του κονιάματος να μην είναι πολύ μικρό, διαφορετικά η παραμόρφωση μετά την εξώθηση θα είναι μεγάλη. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να διατηρείται ένα κατάλληλο πλαστικό ιξώδες για να διασφαλίζεται η συνοχή της εξώθησης του υλικού. Συνοπτικά, από την άποψη της ρεολογίας, το HPMC's Incorporation έχει θετική επίδραση στη βελτίωση της ικανότητας στοίβαξης του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης. Μετά την ενσωμάτωση του HPMC, η καθαρή πάστα εξακολουθεί να συμμορφώνεται με το ρεολογικό μοντέλο Bingham και η καλή προσαρμογή R2 δεν είναι μικρότερη από 0,99.
1.3Η επίδραση του HPMC στις μηχανικές ιδιότητες του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης
Αντοχή σε θλίψη και αντοχή σε κάμψη 28 d του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης. Με την αύξηση του περιεχομένου HPMC, η αντοχή σε θλίψη και κάμψη 28 d του κονιάματος 3D εκτύπωσης μειώθηκε. όταν η περιεκτικότητα σε HPMC έφτασε το 0,30%, η αντοχή σε θλίψη 28 d και οι αντοχές σε κάμψη είναι 30,3 και 7,3 MPa, αντίστοιχα. Μελέτες έχουν δείξει ότι το HPMC έχει μια ορισμένη επίδραση στον αέρα και εάν η περιεκτικότητά του είναι πολύ υψηλή, το εσωτερικό πορώδες του κονιάματος θα αυξηθεί σημαντικά. Η αντίσταση διάχυσης αυξάνεται και είναι δύσκολο να εκφορτιστούν όλα. Επομένως, η αύξηση του πορώδους μπορεί να είναι ο λόγος για τη μείωση της αντοχής του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης που προκαλείται από το HPMC.
Η μοναδική διαδικασία πλαστικοποίησης της τρισδιάστατης εκτύπωσης οδηγεί στην ύπαρξη αδύναμων περιοχών στη δομή και των μηχανικών ιδιοτήτων μεταξύ γειτονικών στρωμάτων και η αντοχή συγκόλλησης μεταξύ των στρωμάτων έχει μεγάλη επίδραση στη συνολική αντοχή του εκτυπωμένου εξαρτήματος. Για την τρισδιάστατη εκτύπωση δείγματα κονιάματος αναμεμειγμένα με 0,20% HPMC, το M-H0,20 κόπηκε και η αντοχή του δεσμού του ενδιάμεσου στρώματος δοκιμάστηκε με τη μέθοδο διαχωρισμού ενδιάμεσων στρωμάτων. Η αντοχή του δεσμού ενδιάμεσου στρώματος των τριών μερών ήταν υψηλότερη από 1,3 MPa. και όταν ο αριθμός των στρωμάτων ήταν χαμηλός, η αντοχή του δεσμού μεταξύ των στρωμάτων ήταν ελαφρώς υψηλότερη. Ο λόγος μπορεί να είναι ότι, από τη μία πλευρά, η βαρύτητα του ανώτερου στρώματος κάνει τα κάτω στρώματα πιο πυκνά συνδεδεμένα. Από την άλλη πλευρά, η επιφάνεια του κονιάματος μπορεί να έχει περισσότερη υγρασία κατά την εκτύπωση της κάτω στρώσης, ενώ η επιφανειακή υγρασία του κονιάματος μειώνεται λόγω εξάτμισης και ενυδάτωσης κατά την εκτύπωση της επάνω στρώσης, οπότε η συγκόλληση μεταξύ των κάτω στρωμάτων είναι ισχυρότερη.
1.4Επίδραση του HPMC στη Μικρομορφολογία του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης
Οι εικόνες SEM των δειγμάτων M-H0 και M-H0.20 σε ηλικία 3 ημερών δείχνουν ότι οι επιφανειακοί πόροι των δειγμάτων M-H0.20 αυξάνονται σημαντικά μετά την προσθήκη 0,20% HPMC και το μέγεθος των πόρων είναι μεγαλύτερο από αυτό του την κενή ομάδα. Αυτό Από τη μία πλευρά, οφείλεται στο ότι το HPMC έχει ένα αποτέλεσμα που συμπαρασύρει τον αέρα, το οποίο εισάγει ομοιόμορφους και λεπτούς πόρους. Από την άλλη πλευρά, μπορεί η προσθήκη HPMC να αυξάνει το ιξώδες του πολτού, αυξάνοντας έτσι την αντίσταση εκκένωσης του αέρα μέσα στον πολτό. Η αύξηση μπορεί να είναι ο κύριος λόγος για τη μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων του κονιάματος. Συνοψίζοντας, για να εξασφαλιστεί η αντοχή του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης, η περιεκτικότητα σε HPMC δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη (≤ 0,20%).
Εν κατακλείδι
(1) Η υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη HPMC βελτιώνει την εκτυπωσιμότητα του κονιάματος. Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, η ικανότητα εξώθησης του κονιάματος μειώνεται αλλά εξακολουθεί να έχει καλή ικανότητα εξώθησης, βελτιώνεται η ικανότητα στοίβαξης και ο εκτυπώσιμος χρόνος παρατείνεται. Έχει επαληθευτεί με εκτύπωση ότι η παραμόρφωση του κάτω στρώματος του κονιάματος μειώνεται μετά την προσθήκη HPMC και η αναλογία άνω προς τα κάτω είναι 0,84 όταν η περιεκτικότητα HPMC είναι 0,20%.
(2) Το HPMC βελτιώνει τις ρεολογικές ιδιότητες του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης. Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, το φαινομενικό ιξώδες, η τάση διαρροής και το πλαστικό ιξώδες του πολτού αυξάνονται. Η θιξοτροπία πρώτα αυξάνεται και μετά μειώνεται και επιτυγχάνεται η δυνατότητα εκτύπωσης. Βελτίωση. Από την άποψη της ρεολογίας, η προσθήκη HPMC μπορεί επίσης να βελτιώσει την εκτυπωσιμότητα του κονιάματος. Μετά την προσθήκη HPMC, ο πολτός εξακολουθεί να συμμορφώνεται με το ρεολογικό μοντέλο Bingham και την καλή προσαρμογή R2≥0,99.
(3) Μετά την προσθήκη HPMC, η μικροδομή και οι πόροι του υλικού αυξάνονται. Συνιστάται η περιεκτικότητα σε HPMC να μην υπερβαίνει το 0,20%, διαφορετικά θα έχει μεγάλη επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες του κονιάματος. Η αντοχή συγκόλλησης μεταξύ των διαφορετικών στρωμάτων του κονιάματος τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι ελαφρώς διαφορετική και ο αριθμός των στρώσεων Όταν είναι χαμηλότερη, η αντοχή συγκόλλησης μεταξύ των στρωμάτων κονιάματος είναι μεγαλύτερη.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-27-2022