1.1HPMC'nin 3D baskı harçlarının basılabilirliği üzerindeki etkisi
1.1.1HPMC'nin 3D baskı harçlarının ekstrüde edilebilirliği üzerindeki etkisi
HPMC içermeyen boş grup M-H0 ve HPMC içeriği %0,05, %0,10, %0,20 ve %0,30 olan test gruplarının farklı sürelerde beklemesine izin verildi ve ardından akışkanlık test edildi. HPMC'nin eklenmesinin harcın akışkanlığını önemli ölçüde azaltacağı görülebilir; HPMC içeriği kademeli olarak %0'dan %0,30'a artırıldığında harcın başlangıç akışkanlığı sırasıyla 243 mm'den 206, 191, 167 ve 160 mm'ye düşer. HPMC yüksek moleküler bir polimerdir. Bir ağ yapısı oluşturacak şekilde birbirlerine dolaştırılabilirler ve Ca(OH)2 gibi bileşenlerin kapsüllenmesiyle çimento bulamacının kohezyonu arttırılabilir. Makroskopik olarak, harcın kohezyonu iyileştirilir. Bekleme süresinin uzamasıyla harcın hidratasyon derecesi artar. arttıkça akışkanlık zamanla kaybolur. HPMC'siz boş grup M-H0'ın akışkanlığı hızla azaldı. %0,05, %0,10, %0,20 ve %0,30 HPMC'li deney grubunda akışkanlıktaki azalma derecesi zamanla azalmış ve harcın 60 dakika bekletildikten sonraki akışkanlığı sırasıyla 180, 177, 164 ve 155 mm olmuştur. . Akışkanlık %87,3, %92,7, %98,2, %96,8'dir. HPMC'nin dahil edilmesi, HPMC ve su moleküllerinin birleşiminden kaynaklanan harç akışkanlığının tutulma kabiliyetini önemli ölçüde geliştirebilir; Öte yandan HPMC benzer bir film oluşturabilir. Ağ yapısına sahip olup çimentoyu sararak harçtaki suyun buharlaşmasını etkili bir şekilde azaltır ve belirli bir su tutma performansına sahiptir. HPMC içeriği %0,20 olduğunda harcın akışkanlık tutma kabiliyetinin en yüksek seviyeye ulaştığını belirtmekte fayda var.
Farklı miktarlarda HPMC ile karıştırılan 3D baskı harcının akışkanlığı 160~206 mm'dir. Farklı yazıcı parametreleri nedeniyle, farklı araştırmacılar tarafından elde edilen önerilen akışkanlık aralıkları farklıdır; örneğin 150~190 mm, 160~170 mm. Şekil 3'ten sezgisel olarak görülebilmektedir. HPMC ile karıştırılan 3D baskı harcının akışkanlığının çoğunlukla önerilen aralıkta olduğu, özellikle HPMC içeriği %0,20 olduğunda harcın 60 dakika içindeki akışkanlığının bu aralıkta olduğu görülmektedir. Uygun akışkanlık ve istiflenebilirliği karşılayan önerilen aralık. Bu nedenle, uygun miktarda HPMC içeren harcın akışkanlığı azalsa da, bu da ekstrüde edilebilirliğin azalmasına yol açsa da, hala iyi bir ekstrüde edilebilirliğe sahiptir ve bu da önerilen aralıktadır.
1.1.2HPMC'nin 3D baskı harçlarının istiflenebilirliğine etkisi
Şablon kullanılmaması durumunda, kendi ağırlığı altında şekil tutma oranının boyutu, çamur ve agrega arasındaki iç yapışma ile ilgili olan malzemenin akma gerilimine bağlıdır. Farklı HPMC içeriklerine sahip 3 boyutlu baskı harçlarının şekil tutma özellikleri verilmektedir. Durma süresine bağlı değişim oranı. HPMC eklendikten sonra harcın şekil tutma oranı özellikle başlangıç aşamasında ve 20 dakika bekletildiğinde iyileşir. Bununla birlikte, bekleme süresinin uzatılmasıyla birlikte, HPMC'nin harcın şekil tutma oranı üzerindeki iyileştirici etkisi giderek zayıfladı; bunun temel nedeni, tutma oranının önemli ölçüde artmasıydı. 60 dakika bekletildikten sonra yalnızca %0,20 ve %0,30 HPMC harcın şekil tutma oranını arttırabilir.
Farklı HPMC içeriğine sahip 3D baskı harcının penetrasyon direnci test sonuçları Şekil 5'te gösterilmektedir. Çimento hidrasyon işlemi sırasında bulamaç. Yavaş yavaş katı bir katıya dönüştü; İlk 80 dakikada HPMC'nin eklenmesi penetrasyon direncini arttırdı ve HPMC içeriğinin artmasıyla penetrasyon direnci arttı. Penetrasyon direnci ne kadar büyük olursa, uygulanan yük nedeniyle malzemenin deformasyonu da HPMC'nin direnci o kadar büyük olur, bu da HPMC'nin 3D baskı harcının erken istiflenebilirliğini geliştirebileceğini gösterir. HPMC'nin polimer zincirindeki hidroksil ve eter bağları, hidrojen bağları yoluyla suyla kolayca birleştiğinden, serbest suyun kademeli olarak azalmasına neden olur ve parçacıklar arasındaki bağlantı artar, sürtünme kuvveti artar, dolayısıyla erken penetrasyon direnci daha büyük olur. 80 dakika bekletildikten sonra çimentonun hidratasyonu nedeniyle HPMC'siz boş grubun penetrasyon direnci hızla artarken, HPMC'li test grubunun penetrasyon direnci arttı. Yaklaşık 160 dakika beklemeye kadar oran önemli ölçüde değişmedi. Chen ve arkadaşlarına göre bunun nedeni, HPMC'nin çimento parçacıklarının etrafında sertleşme süresini uzatan koruyucu bir film oluşturmasıdır; Pourchez ve ark. Bunun temel olarak liflerden kaynaklandığı tahmin edilmektedir. Basit eter bozunma ürünleri (karboksilatlar gibi) veya metoksil grupları, Ca(OH)2 oluşumunu geciktirerek çimentonun hidrasyonunu geciktirebilir. Numune yüzeyindeki suyun buharlaşmasından penetrasyon direnci gelişiminin etkilenmesini önlemek için bu deneyin aynı sıcaklık ve nem koşullarında gerçekleştirildiğini belirtmekte fayda var. Genel olarak HPMC, 3D baskı harcının istiflenebilirliğini başlangıç aşamasında etkili bir şekilde geliştirebilir, pıhtılaşmayı geciktirebilir ve 3D baskı harcının yazdırılabilir süresini uzatabilir.
3D baskı harcı öğesi (uzunluk 200 mm × genişlik 20 mm × katman kalınlığı 8 mm): HPMC'siz boş grup, yedinci katmanı yazdırırken ciddi şekilde deforme oldu, çöktü ve kanama sorunları yaşadı; M-H0.20 grubu harç iyi istiflenebilirliğe sahiptir. 13 kat baskı sonrasında üst kenar genişliği 16,58 mm, alt kenar genişliği 19,65 mm ve üst-alt oranı (üst kenar genişliğinin alt kenar genişliğine oranı) 0,84 olur. Boyutsal sapma küçüktür. Bu nedenle, HPMC'nin eklenmesinin harcın basılabilirliğini önemli ölçüde artırabileceği baskıyla doğrulandı. Harç akışkanlığı, 160~170 mm'de iyi ekstrüde edilebilirliğe ve istiflenebilirliğe sahiptir; şekil tutma oranı %70'in altında ise ciddi şekilde deforme olur ve baskı gereksinimlerini karşılayamaz.
1.2HPMC'nin 3D baskı harçlarının reolojik özelliklerine etkisi
Farklı HPMC içeriği altında saf hamurun görünen viskozitesi verilmiştir: kesme hızının artmasıyla, saf hamurun görünür viskozitesi azalır ve yüksek HPMC içeriği altında kesmeyle incelme olgusu ortaya çıkar. Bu daha açık. HPMC moleküler zinciri düzensizdir ve düşük kesme hızında daha yüksek viskozite gösterir; ancak yüksek kesme hızında, HPMC molekülleri kesme yönü boyunca paralel ve düzenli bir şekilde hareket ederek moleküllerin kaymasını kolaylaştırır, dolayısıyla bulamacın görünür viskozitesi nispeten düşüktür. Kayma hızı 5,0 s-1'den büyük olduğunda, boş gruptaki P-H0'ın görünür viskozitesi temel olarak 5 Pa s dahilinde stabildir; HPMC eklendikten sonra bulamacın görünür viskozitesi artar ve HPMC ile karıştırılır. HPMC'nin eklenmesi, çimento parçacıkları arasındaki iç sürtünmeyi arttırır, bu da macunun görünür viskozitesini arttırır ve makroskopik performans, 3D baskı harcının ekstrüde edilebilirliğinin azalmasıdır.
Reolojik testte saf bulamacın kayma gerilimi ile kayma hızı arasındaki ilişki kaydedildi ve sonuçları uydurmak için Bingham modeli kullanıldı. Sonuçlar Şekil 8 ve Tablo 3'te gösterilmektedir. HPMC içeriği %0,30 olduğunda, test sırasındaki kesme hızı 32,5'ten büyüktü. Bulamacın viskozitesi cihazın s-1 aralığını aştığında karşılık gelen veriler puan toplanamıyor. Genellikle, kararlı aşamada (10.0~50.0 s-1) yükselen ve düşen eğrilerin çevrelediği alan, bulamacın tiksotropisini karakterize etmek için kullanılır [21, 33]. Tiksotropi, bulamacın dış kuvvet kesme etkisi altında büyük akışkanlığa sahip olması ve kesme eylemi iptal edildikten sonra orijinal durumuna geri dönebilmesi özelliğini ifade eder. Uygun tiksotropi harcın basılabilirliği açısından çok önemlidir. Şekil 8'de HPMC'siz boş grubun tiksotropik alanının yalnızca 116,55 Pa/s olduğu görülebilir; %0,10 HPMC eklendikten sonra net macunun tiksotropik alanı önemli ölçüde 1 800,38 Pa/s'ye yükseldi; Artışla birlikte hamurun tiksotropik alanı azaldı ancak yine de boş gruba göre 10 kat daha yüksekti. Tiksotropi açısından bakıldığında, HPMC'nin dahil edilmesi harcın basılabilirliğini büyük ölçüde arttırdı.
Harcın ekstrüzyondan sonra şeklini koruyabilmesi ve sonraki ekstrüzyona tabi tutulan katmanın yüküne dayanabilmesi için harcın daha yüksek bir akma gerilimine sahip olması gerekir. Tablo 3'te, HPMC eklendikten sonra net bulamacın akma gerilimi τ0'ın önemli ölçüde arttığı ve HPMC'ye benzer olduğu görülebilir. HPMC'nin içeriği pozitif yönde ilişkilidir; HPMC içeriği %0,10, %0,20 ve %0,30 olduğunda, net hamurun akma gerilimi boş grubunkinin sırasıyla 8,6, 23,7 ve 31,8 katına çıkar; HPMC içeriğinin artmasıyla plastik viskozite μ da artar. 3D Baskı, harcın plastik viskozitesinin çok küçük olmamasını gerektirir, aksi takdirde ekstrüzyon sonrası deformasyon büyük olacaktır; aynı zamanda malzeme ekstrüzyonunun tutarlılığını sağlamak için uygun bir plastik viskozite korunmalıdır. Özetle, reoloji açısından bakıldığında, HPMC'nin birleşmesi, 3D baskı harcının istiflenebilirliğinin iyileştirilmesi üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. HPMC'nin dahil edilmesinden sonra saf macun hala Bingham reolojik modeline uygundur ve uyum iyiliği R2 0,99'dan düşük değildir.
1.3HPMC'nin 3D baskı harcının mekanik özelliklerine etkisi
3D baskı harcının 28 günlük basınç dayanımı ve eğilme dayanımı. HPMC içeriğinin artmasıyla birlikte 3D baskı harcının 28 günlük basınç ve bükülme mukavemeti azaldı; HPMC içeriği %0,30'a ulaştığında, 28 günlük basınç dayanımı ve eğilme dayanımı sırasıyla 30,3 ve 7,3 MPa'dır. Çalışmalar, HPMC'nin belirli bir hava sürükleyici etkiye sahip olduğunu ve içeriğinin çok yüksek olması durumunda harcın iç gözenekliliğinin önemli ölçüde artacağını göstermiştir; Difüzyon direnci artar ve tamamının boşaltılması zorlaşır. Bu nedenle, HPMC'nin neden olduğu 3D baskı harcının mukavemetinin azalmasının nedeni gözenekliliğin artması olabilir.
3D baskının benzersiz laminasyon kalıplama işlemi, bitişik katmanlar arasında yapı ve mekanik özellikler açısından zayıf alanların varlığına yol açar ve katmanlar arasındaki bağlanma kuvveti, basılan bileşenin genel gücü üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. 3D baskı için %0,20 HPMC M-H0.20 ile karıştırılan harç numuneleri kesildi ve katmanlar arası bağ mukavemeti, katmanlar arası bölme yöntemiyle test edildi. Üç parçanın katmanlar arası bağ kuvveti 1,3 MPa'dan yüksekti; katman sayısı az olduğunda katmanlar arası bağ kuvveti biraz daha yüksekti. Bunun nedeni bir yandan üst katmanın yerçekiminin alt katmanları daha sıkı bir şekilde birbirine bağlı hale getirmesi olabilir; Öte yandan alt tabakaya baskı yapıldığında harcın yüzeyi daha fazla neme sahip olabilirken, üst tabakaya baskı yapılırken buharlaşma ve hidrasyondan dolayı harcın yüzey nemi azalır, böylece alt tabakalar arasındaki bağ daha güçlü olur.
1.4HPMC'nin 3D Baskı Harcının Mikromorfolojisine Etkisi
M-H0 ve M-H0.20 örneklerinin 3 günlük SEM görüntüleri, M-H0.20 örneklerinin yüzey gözeneklerinin %0,20 HPMC eklendikten sonra önemli ölçüde arttığını ve gözenek boyutunun M-H0.20 örneklerininkinden daha büyük olduğunu göstermektedir. boş grup. Bu bir yandan HPMC'nin tekdüze ve ince gözenekler oluşturan hava sürükleyici bir etkiye sahip olmasından kaynaklanmaktadır; diğer yandan, HPMC ilavesinin bulamacın viskozitesini arttırması, dolayısıyla bulamacın içindeki havanın tahliye direncini arttırması da mümkün olabilir. Artış, harcın mekanik özelliklerinin azalmasının temel nedeni olabilir. Özetlemek gerekirse, 3D baskı harcının dayanıklılığını sağlamak için HPMC içeriğinin çok büyük olmaması gerekir (≤ %0,20).
Sonuç olarak
(1) Hidroksipropil metilselüloz HPMC, harcın basılabilirliğini artırır. HPMC içeriğinin artmasıyla, harcın ekstrüde edilebilirliği azalır ancak yine de iyi bir ekstrüde edilebilirliğe sahiptir, istiflenebilirlik iyileştirilir ve yazdırılabilirlik süresi uzar. HPMC ilave edildikten sonra harcın alt tabakasındaki deformasyonun azaldığı, HPMC içeriği %0,20 olduğunda üst-alt oranının 0,84 olduğu baskı ile doğrulanmıştır.
(2) HPMC, 3D baskı harcının reolojik özelliklerini geliştirir. HPMC içeriğinin artmasıyla birlikte çamurun görünür viskozitesi, akma gerilimi ve plastik viskozitesi artar; tiksotropi önce artar, sonra azalır ve basılabilirlik elde edilir. Gelişim. Reoloji açısından bakıldığında, HPMC'nin eklenmesi harcın basılabilirliğini de geliştirebilir. HPMC eklendikten sonra bulamaç hala Bingham reolojik modeline ve uyum iyiliği R2≥0,99'a uygundur.
(3) HPMC eklendikten sonra malzemenin mikro yapısı ve gözenekleri artar. HPMC içeriğinin %0,20'yi geçmemesi tavsiye edilir, aksi takdirde harcın mekanik özellikleri üzerinde büyük etkisi olacaktır. 3D baskı harcının farklı katmanları arasındaki yapışma mukavemeti biraz farklıdır ve katman sayısı ne kadar düşük olursa, harç katmanları arasındaki yapışma mukavemeti o kadar yüksek olur.
Gönderim zamanı: Eylül-27-2022