3D मुद्रण मोर्टार मा HPMC को प्रभाव

१.१थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको मुद्रण क्षमतामा HPMC को प्रभाव

१.१.१3D मुद्रण मोर्टार को extrudability मा HPMC को प्रभाव

HPMC बिनाको खाली समूह M-H0 र 0.05%, 0.10%, 0.20%, र 0.30% को HPMC सामग्री भएका परीक्षण समूहहरूलाई विभिन्न अवधिका लागि खडा हुन अनुमति दिइयो, र त्यसपछि तरलता परीक्षण गरियो। यो देख्न सकिन्छ कि HPMC को समावेशीकरणले मोर्टारको तरलतालाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्नेछ; जब HPMC को सामग्री बिस्तारै 0% बाट 0.30% सम्म बढाइन्छ, मोर्टारको प्रारम्भिक तरलता 243 mm बाट क्रमशः 206, 191, 167, र 160 mm सम्म घट्छ। HPMC एक उच्च आणविक बहुलक हो। तिनीहरूलाई नेटवर्क संरचना बनाउन एकअर्कासँग अल्झाउन सकिन्छ, र सिमेन्ट स्लरीको संयोजन Ca(OH) 2 जस्ता कम्पोनेन्टहरू इन्क्याप्सुलेट गरेर बढाउन सकिन्छ। म्याक्रोस्कोपिक रूपमा, मोर्टारको एकता सुधारिएको छ। स्थायी समय को विस्तार संग, मोर्टार को हाइड्रेशन को डिग्री बढ्छ। बढ्यो, तरलता समय संग गुमाए। HPMC बिना खाली समूह M-H0 को तरलता द्रुत रूपमा घट्यो। 0.05%, 0.10%, 0.20% र 0.30% HPMC भएको प्रयोगात्मक समूहमा, तरलतामा कमीको डिग्री समयसँगै घट्यो, र 60 मिनेटको लागि खडा भएपछि मोर्टारको तरलता क्रमशः 180, 177, 164, र 155 मिमी थियो। । तरलता 87.3%, 92.7%, 98.2%, 96.8% हो। HPMC को समावेशीकरणले मोर्टार तरलताको अवधारण क्षमतामा उल्लेखनीय सुधार गर्न सक्छ, जुन HPMC र पानीको अणुहरूको संयोजनको कारण हो; अर्कोतर्फ, HPMC ले समान फिल्म बनाउन सक्छ यसमा नेटवर्क संरचना छ र सिमेन्टलाई बेर्छ, जसले प्रभावकारी रूपमा मोर्टारमा पानीको वाष्पीकरणलाई कम गर्छ र निश्चित पानी रिटेन्सन प्रदर्शन गर्दछ। यो ध्यान दिन लायक छ कि जब HPMC को सामग्री 0.20% हुन्छ, मोर्टार तरलता को अवधारण क्षमता उच्चतम स्तर पुग्छ।

HPMC को विभिन्न मात्रामा मिसाइएको 3D प्रिन्टिङ मोर्टारको तरलता 160~206 मिमी हुन्छ। विभिन्न प्रिन्टर प्यारामिटरहरूको कारणले गर्दा, विभिन्न शोधकर्ताहरूद्वारा प्राप्त तरलताको सिफारिस गरिएका दायराहरू फरक छन्, जस्तै 150 ~ 190 mm, 160 ~ 170 mm। चित्र 3 बाट, यो सहज रूपमा देख्न सकिन्छ। यो देख्न सकिन्छ कि HPMC सँग मिश्रित 3D प्रिन्टिङ मोर्टारको तरलता प्रायः सिफारिस गरिएको दायरा भित्र हुन्छ, विशेष गरी जब HPMC सामग्री 0.20% हुन्छ, मोर्टारको तरलता 60 मिनेट भित्र हुन्छ। सिफारिस गरिएको दायरा, जसले उपयुक्त तरलता र स्ट्याकबिलिटीलाई सन्तुष्ट गर्दछ। तसर्थ, यद्यपि HPMC को उपयुक्त मात्राको साथ मोर्टारको तरलता कम गरिएको छ, जसले extrudability मा कमी निम्त्याउँछ, यो अझै पनि राम्रो extrudability छ, जुन सिफारिस गरिएको दायरा भित्र छ।

१.१.२थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको स्ट्याकबिलिटीमा HPMC को प्रभाव

टेम्प्लेट प्रयोग नगरेको अवस्थामा, स्व-वजन अन्तर्गत आकार अवधारण दरको आकार सामग्रीको उपज तनावमा निर्भर गर्दछ, जुन स्लरी र समग्र बीचको आन्तरिक एकतासँग सम्बन्धित छ। विभिन्न HPMC सामग्रीहरूसँग 3D प्रिन्टिङ मोर्टारहरूको आकार अवधारण दिइएको छ। स्थायी समय संग परिवर्तन दर। HPMC थपेपछि, मोर्टारको आकार अवधारण दर सुधारिएको छ, विशेष गरी प्रारम्भिक चरणमा र 20 मिनेटको लागि खडा। यद्यपि, स्थायी समयको विस्तारको साथ, मोर्टारको आकार अवधारण दरमा HPMC को सुधार प्रभाव बिस्तारै कमजोर भयो, जुन मुख्य रूपमा अवधारण दर उल्लेखनीय रूपमा बढेको कारण थियो। ६० मिनेट उभिएपछि, केवल ०.२०% र ०.३०% HPMC ले मोर्टारको आकार अवधारण दर सुधार गर्न सक्छ।

विभिन्न HPMC सामग्रीहरू भएको 3D प्रिन्टिङ मोर्टारको प्रवेश प्रतिरोध परीक्षण परिणामहरू चित्र 5 मा देखाइएको छ। यो चित्र 5 बाट देख्न सकिन्छ कि प्रवेश प्रतिरोध सामान्यतया स्थायी समयको विस्तारको साथ बढ्छ, जुन मुख्यतया प्रवाहको कारण हो। सिमेन्ट हाइड्रेशन प्रक्रियाको समयमा स्लरी। यो बिस्तारै एक कठोर ठोस मा विकसित; पहिलो 80 मिनेटमा, HPMC को समावेशीकरणले प्रवेश प्रतिरोध बढ्यो, र HPMC को सामग्रीको वृद्धि संग, प्रवेश प्रतिरोध बढ्यो। प्रवेश प्रतिरोध जति बढी हुन्छ, लागू गरिएको लोडको कारण सामग्रीको विरूपण HPMC को प्रतिरोध अधिक हुन्छ, जसले HPMC ले थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको प्रारम्भिक स्ट्याकबिलिटी सुधार गर्न सक्छ भन्ने संकेत गर्छ। HPMC को पोलिमर चेनमा हाइड्रोक्सिल र ईथर बन्डहरू हाइड्रोजन बन्डहरू मार्फत सजिलैसँग पानीसँग जोडिएको हुनाले, खाली पानीको क्रमशः कमी र कणहरू बीचको जडान बढ्दै जान्छ, घर्षण बल बढ्छ, त्यसैले प्रारम्भिक प्रवेश प्रतिरोध ठूलो हुन्छ। 80 मिनेटको लागि खडा भएपछि, सिमेन्टको हाइड्रेसनको कारण, HPMC बिनाको खाली समूहको प्रवेश प्रतिरोध द्रुत रूपमा बढ्यो, जबकि HPMC सँग परीक्षण समूहको प्रवेश प्रतिरोध बढ्यो लगभग 160 मिनेट खडा नभएसम्म दरमा उल्लेखनीय परिवर्तन भएन। चेन एट अलका अनुसार, यो मुख्यतया किनभने एचपीएमसीले सिमेन्ट कणहरू वरिपरि एक सुरक्षात्मक फिल्म बनाउँछ, जसले सेटिङ समयलाई लामो बनाउँछ; Pourchez et al। अनुमान गरिएको छ कि यो मुख्यतया फाइबरको कारणले भएको हो सरल ईथर डिग्रेडेसन उत्पादनहरू (जस्तै कार्बोक्सिलेटहरू) वा मेथोक्सिल समूहहरूले Ca(OH)2 को गठनलाई रोकेर सिमेन्ट हाइड्रेसनमा ढिलाइ गर्न सक्छ। यो ध्यान दिन लायक छ कि, नमूनाको सतहमा पानीको वाष्पीकरणबाट प्रभावित हुनबाट प्रवेश प्रतिरोधको विकासलाई रोक्नको लागि, यो प्रयोग उही तापक्रम र आर्द्रता अवस्था अन्तर्गत गरिएको थियो। समग्रमा, HPMC ले प्रारम्भिक चरणमा थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको स्ट्याकबिलिटीलाई प्रभावकारी रूपमा सुधार गर्न सक्छ, कोगुलेसनमा ढिलाइ गर्न र थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको प्रिन्ट योग्य समयलाई लम्ब्याउन सक्छ।

थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टार इकाई (लम्बाइ 200 मिमी × चौडाइ 20 मिमी × तह मोटाई 8 मिमी): HPMC बिनाको खाली समूह गम्भीर रूपमा विकृत भएको थियो, भत्किएको थियो र सातौं तह प्रिन्ट गर्दा रक्तस्राव समस्या थियो; M-H0.20 समूह मोर्टार राम्रो स्ट्याकबिलिटी छ। 13 तहहरू प्रिन्ट गरेपछि, माथिल्लो किनाराको चौडाइ 16.58 मिमी, तल्लो किनाराको चौडाइ 19.65 मिमी र माथि-देखि-तल अनुपात (शीर्ष किनारा चौडाइ र तल्लो किनारा चौडाइको अनुपात) 0.84 छ। आयामी विचलन सानो छ। तसर्थ, यो HPMC को समावेशीकरणले मोर्टारको मुद्रण योग्यतामा उल्लेखनीय सुधार गर्न सक्छ भनेर प्रिन्ट गरेर प्रमाणित गरिएको छ। मोर्टार तरलता 160 ~ 170 मिमी मा राम्रो extrudability र stackability छ; आकार अवधारण दर 70% भन्दा कम छ गम्भीर रूपमा विकृत छ र मुद्रण आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन।

१.२3D मुद्रण मोर्टार को rheological गुण मा HPMC को प्रभाव

विभिन्न HPMC सामग्री अन्तर्गत शुद्ध पल्पको स्पष्ट चिपचिपापन दिइएको छ: शियर दरको वृद्धिसँगै, शुद्ध पल्पको स्पष्ट चिपचिपाहट घट्छ, र शियर पातलो हुने घटना उच्च HPMC सामग्री अन्तर्गत छ। यो अझ स्पष्ट छ। HPMC आणविक श्रृंखला अव्यवस्थित छ र कम कतरनी दर मा उच्च चिपचिपापन देखाउँछ; तर उच्च शियर रेटमा, HPMC अणुहरू समानान्तर र व्यवस्थित रूपमा शियर दिशामा सर्छन्, जसले अणुहरूलाई स्लाइड गर्न सजिलो बनाउँदछ, त्यसैले तालिका स्लरीको स्पष्ट चिपचिपाहट अपेक्षाकृत कम छ। जब शियर दर 5.0 s-1 भन्दा बढी हुन्छ, खाली समूहमा P-H0 को स्पष्ट चिपचिपापन मूल रूपमा 5 Pa s भित्र स्थिर हुन्छ; जबकि HPMC थपिए पछि स्लरीको स्पष्ट चिपचिपापन बढ्छ, र यसलाई HPMC सँग मिसाइन्छ। HPMC को थप्दा सिमेन्ट कणहरू बीचको आन्तरिक घर्षण बढ्छ, जसले पेस्टको स्पष्ट चिपचिपापन बढाउँछ, र म्याक्रोस्कोपिक कार्यसम्पादन भनेको 3D प्रिन्टिङ मोर्टारको एक्स्ट्रुडेबिलिटी कम हुन्छ।

rheological परीक्षण मा शुद्ध स्लरी को शियर तनाव र कतरनी दर बीचको सम्बन्ध रेकर्ड गरिएको थियो, र Bingham मोडेल परिणाम फिट गर्न को लागी प्रयोग गरिएको थियो। नतिजाहरू चित्र 8 र तालिका 3 मा देखाइएको छ। जब HPMC को सामग्री 0.30% थियो, परीक्षणको क्रममा शियर दर 32.5 भन्दा बढी थियो जब स्लरीको चिपचिपापन s-1 मा उपकरणको दायरा भन्दा बढी हुन्छ, सम्बन्धित डेटा। अंक संकलन गर्न सकिँदैन। सामान्यतया, स्थिर अवस्था (10.0 ~ 50.0 s-1) मा बढ्दो र झर्ने वक्रहरू द्वारा घेरिएको क्षेत्रलाई स्लरीको थिक्सोट्रोपी विशेषता गर्न प्रयोग गरिन्छ [21, 33]। थिक्सोट्रोपीले बाहिरी बल कतरणको कार्य अन्तर्गत स्लरीको ठूलो तरलता रहेको गुणलाई बुझाउँछ, र कतर्न कार्य रद्द भएपछि आफ्नो मूल अवस्थामा फर्कन सक्छ। उपयुक्त थिक्सोट्रोपी मोर्टारको मुद्रण योग्यताको लागि धेरै महत्त्वपूर्ण छ। यो चित्र 8 बाट देख्न सकिन्छ कि HPMC बिना खाली समूहको thixotropic क्षेत्र मात्र 116.55 Pa/s थियो; HPMC को 0.10% थपेपछि, नेट पेस्टको थिक्सोट्रोपिक क्षेत्र उल्लेखनीय रूपमा बढेर 1800.38 Pa/s; को वृद्धि संग, पेस्ट को thixotropic क्षेत्र घट्यो, तर यो अझै पनि खाली समूह को भन्दा 10 गुणा बढी थियो। थिक्सोट्रोपीको परिप्रेक्ष्यबाट, HPMC को समावेशले मोर्टारको मुद्रण योग्यतामा धेरै सुधार गर्यो।

मोर्टारको लागि एक्सट्रुसन पछि यसको आकार कायम राख्न र त्यसपछिको एक्स्ट्रुडेड तहको भार सहनको लागि, मोर्टारमा उच्च उपज तनाव हुनु आवश्यक छ। यो तालिका 3 बाट देख्न सकिन्छ कि HPMC थपिए पछि शुद्ध स्लरीको उपज तनाव τ0 उल्लेखनीय रूपमा सुधार भएको छ, र यो HPMC जस्तै छ। HPMC को सामग्री सकारात्मक रूपमा सहसंबद्ध छ; जब HPMC को सामग्री 0.10%, 0.20%, र 0.30% हुन्छ, नेट पेस्टको उपज तनाव क्रमशः 8.6, 23.7, र 31.8 गुणा खाली समूहको भन्दा बढ्छ; HPMC को सामग्रीको वृद्धि संग प्लास्टिक चिपचिपापन μ पनि बढ्छ। थ्रीडी प्रिन्टिङले मोर्टारको प्लास्टिक चिपचिपाहट धेरै सानो हुनु हुँदैन, अन्यथा एक्सट्रुसन पछि विरूपण ठूलो हुनेछ; एकै समयमा, सामग्री बाहिर निकाल्ने स्थिरता सुनिश्चित गर्न एक उपयुक्त प्लास्टिक चिपचिपापन कायम गर्नुपर्छ। संक्षेपमा, rheology को दृष्टिकोणबाट, HPMC को निगमनले 3D मुद्रण मोर्टारको स्ट्याकबिलिटीको सुधारमा सकारात्मक प्रभाव पारेको छ। HPMC समावेश गरेपछि, शुद्ध पेस्ट अझै पनि Bingham rheological मोडेल अनुरूप छ, र फिट R2 को राम्रोता 0.99 भन्दा कम छैन।

१.३थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको मेकानिकल गुणहरूमा HPMC को प्रभाव

28 डी कम्प्रेसिभ बल र थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको लचिलो बल। HPMC सामग्रीको वृद्धि संग, 3D मुद्रण मोर्टार को 28 d कम्प्रेसिभ र लचिलो बल घट्यो; जब HPMC को सामग्री 0.30% पुग्यो, 28 d कम्प्रेसिभ बल र फ्लेक्सरल बल क्रमशः 30.3 र 7.3 MPa हो। अध्ययनहरूले देखाएको छ कि HPMC को एक निश्चित हावा-प्रवेश प्रभाव छ, र यदि यसको सामग्री धेरै उच्च छ भने, मोर्टारको आन्तरिक छिद्रता उल्लेखनीय रूपमा बढ्नेछ; प्रसार प्रतिरोध बढ्छ र सबै डिस्चार्ज गर्न गाह्रो छ। तसर्थ, सच्छिद्रताको वृद्धि HPMC द्वारा थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको बल घट्नुको कारण हुन सक्छ।

थ्रीडी प्रिन्टिङको अनौठो लेमिनेशन मोल्डिङ प्रक्रियाले छेउछाउका तहहरू बीचको संरचना र मेकानिकल गुणहरूमा कमजोर क्षेत्रहरूको अस्तित्वलाई निम्त्याउँछ, र तहहरू बीचको बन्धन बलले मुद्रित घटकको समग्र बलमा ठूलो प्रभाव पार्छ। 0.20% HPMC M-H0.20 सँग मिश्रित थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टार नमूनाहरू काटिएको थियो, र इन्टरलेयर बन्ड बल इन्टरलेयर विभाजन विधिद्वारा परीक्षण गरिएको थियो। तीन भागहरूको इन्टरलेयर बन्ड बल 1.3 MPa भन्दा बढी थियो; र जब तहहरूको संख्या कम थियो, इन्टरलेयर बन्ड बल अलि बढी थियो। कारण हुन सक्छ, एकातिर, माथिल्लो तहको गुरुत्वाकर्षणले तल्लो तहलाई थप घना बन्धन बनाउँछ; अर्कोतर्फ, तल्लो तह प्रिन्ट गर्दा मोर्टारको सतहमा बढी आर्द्रता हुन सक्छ, जबकि माथिल्लो तह प्रिन्ट गर्दा मोर्टारको सतहको नमी वाष्पीकरण र हाइड्रेशनको कारणले कम हुन्छ, त्यसैले तल्लो तहहरू बीचको बन्धन बलियो हुन्छ।

१.४थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको माइक्रोमोर्फोलजीमा HPMC को प्रभाव

3 d उमेरमा M-H0 र M-H0.20 नमूनाहरूको SEM छविहरूले M-H0.20 नमूनाहरूको सतहको छिद्रहरू 0.20% HPMC थपेपछि उल्लेखनीय रूपमा बढेको देखाउँदछ, र प्वालको आकार भन्दा ठूलो छ। खाली समूह। यो एकातिर, यो किनभने HPMC मा एक हावा-प्रवेश प्रभाव छ, जसले एकसमान र राम्रो छिद्रहरू परिचय गर्दछ; अर्कोतर्फ, यो हुन सक्छ कि एचपीएमसी थप्दा स्लरीको चिपचिपापन बढ्छ, जसले गर्दा स्लरी भित्र हावाको डिस्चार्ज प्रतिरोध बढ्छ। वृद्धि मोर्टार को यांत्रिक गुण मा कमी को मुख्य कारण हुन सक्छ। संक्षेपमा, 3D प्रिन्टिङ मोर्टारको बल सुनिश्चित गर्न, HPMC को सामग्री धेरै ठूलो हुनु हुँदैन (≤ 0.20%)।

निष्कर्षमा

(1) Hydroxypropyl methylcellulose HPMC ले मोर्टारको प्रिन्ट योग्यता सुधार गर्दछ। HPMC को सामग्रीको वृद्धि संग, मोर्टार को extrudability घट्छ तर अझै पनि राम्रो extrudability छ, stackability सुधारिएको छ, र मुद्रण योग्य समय लामो छ। HPMC थपेपछि मोर्टारको तल्लो तहको विकृति कम हुन्छ र HPMC सामग्री ०.२०% हुँदा माथिल्लो तल्लो अनुपात ०.८४ हुन्छ भनेर प्रिन्ट गरेर प्रमाणित गरिएको छ।

(2) HPMC ले थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारको rheological गुणहरूलाई सुधार गर्छ। HPMC सामग्रीको वृद्धि संग, स्पष्ट चिपचिपापन, उपज तनाव र स्लरीको प्लास्टिक चिपचिपापन बढ्छ; thixotropy पहिले बढ्छ र त्यसपछि घट्छ, र मुद्रण योग्यता प्राप्त हुन्छ। सुधार। rheology को परिप्रेक्ष्यबाट, HPMC थप्दा मोर्टारको मुद्रण योग्यता पनि सुधार गर्न सक्छ। HPMC थपेपछि, स्लरी अझै पनि Bingham rheological मोडेल अनुरूप छ, र फिट R2≥0.99 को राम्रो।

(3) HPMC थपेपछि, सामग्रीको सूक्ष्म संरचना र छिद्रहरू बढ्छ। यो सिफारिस गरिएको छ कि HPMC को सामग्री 0.20% भन्दा बढी हुनु हुँदैन, अन्यथा यसले मोर्टारको मेकानिकल गुणहरूमा ठूलो प्रभाव पार्नेछ। थ्रीडी प्रिन्टिङ मोर्टारका विभिन्न तहहरू बीचको बन्डिङ बल अलि फरक हुन्छ, र तहहरूको सङ्ख्या जब यो कम हुन्छ, मोर्टार तहहरू बीचको बन्ड बल बढी हुन्छ।