ההשפעה של מתיל צלולוז הידרוקסיפרופיל על המאפיינים של טיט להדפסת תלת מימד

על ידי לימוד ההשפעה של מינונים שונים של hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) על יכולת ההדפסה, התכונות הריאולוגיות והתכונות המכניות של טיט להדפסה תלת מימדית, נדון המינון המתאים של HPMC, ומנגנון ההשפעה שלו נותח בשילוב עם המורפולוגיה המיקרוסקופית. התוצאות מראות כי הנזילות של טיט יורדת עם עליית תכולת ה-HPMC, כלומר יכולת היציאה יורדת עם העלייה בתכולת ה-HPMC, אך יכולת שימור הנזילות משתפרת. יכולת שחול; קצב שימור הצורה ועמידות החדירה תחת משקל עצמי גדלים באופן משמעותי עם הגידול בתוכן HPMC, כלומר, עם הגידול בתוכן HPMC, יכולת הערימה משתפרת וזמן ההדפסה מתארך; מנקודת מבט של rheology, עם הגידול בתכולת HPMC, הצמיגות הנראית לעין, מתח התפוקה והצמיגות הפלסטית של התרחיץ גדלו באופן משמעותי, ויכולת הערימה השתפרה; ה- thixotropy תחילה עלתה ולאחר מכן ירדה עם עליית התוכן של HPMC, ויכולת ההדפסה השתפרה; תכולת HPMC גדלה גבוהה מדי תגרום לעלייה של נקבוביות המרגמה ולחוזק. מומלץ שתכולת HPMC לא תעלה על 0.20%.

בשנים האחרונות, טכנולוגיית הדפסת תלת מימד (המכונה גם "ייצור תוסף") התפתחה במהירות ונמצאת בשימוש נרחב בתחומים רבים כגון ביו-הנדסה, תעופה וחלל ויצירה אמנותית. התהליך נטול העובש של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד שיפר מאוד את החומר והגמישות של התכנון המבני ושיטת הבנייה האוטומטית שלו לא רק חוסכת מאוד בכוח אדם, אלא גם מתאימה לפרויקטי בנייה בסביבות קשות שונות. השילוב בין טכנולוגיית הדפסת תלת מימד ותחום הבנייה הוא חדשני ומבטיח. כיום, חומרים על בסיס צמנט 3D התהליך המייצג של ההדפסה הוא תהליך הערימה בשיחול (כולל יצירת קו מתאר של תהליך הקונטור) ותהליך הדפסת בטון והדבקת אבקה (תהליך בצורת D). ביניהם, לתהליך הערימה בשחול יש יתרונות של הבדל קטן מתהליך יציקת הבטון המסורתי, כדאיות גבוהה של רכיבים בגודל גדול ועלויות בנייה. היתרון הנחות הפך למוקדי המחקר הנוכחיים של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד של חומרים מבוססי מלט.

עבור חומרים על בסיס מלט המשמשים כ"חומרי דיו" להדפסת תלת מימד, דרישות הביצועים שלהם שונות מאלו של חומרים על בסיס מלט כלליים: מצד אחד, קיימות דרישות מסוימות לעבודה של חומרים טריים על בסיס צמנט מעורבבים, וכן תהליך הבנייה צריך לעמוד בדרישות של שחול חלק, מצד שני, החומר המבוסס על צמנט שחול צריך להיות בר ערימה, כלומר, הוא לא יתמוטט או יתעוות באופן משמעותי בפעולה של משקלו העצמי והלחץ של השכבה העליונה. בנוסף, תהליך הלמינציה של הדפסת תלת מימד הופך את השכבות בין שכבות על מנת להבטיח את התכונות המכניות הטובות של אזור הממשק הבין-שכבתי, חומרי הבניין של הדפסת תלת מימד צריכים להיות בעלי הידבקות טובה. לסיכום, עיצוב יכולת היציאה, הערימה וההידבקות הגבוהה מתוכנן בו זמנית. חומרים מבוססי צמנט הם אחד התנאים המוקדמים ליישום טכנולוגיית הדפסת תלת מימד בתחום הבנייה. התאמת תהליך ההידרציה והתכונות הריאולוגיות של חומרים צמנטיים הם שתי דרכים חשובות לשיפור ביצועי ההדפסה הנ"ל. התאמה של תהליך הידרציה של חומרים צמנטיים קשה ליישום, וקל לגרום לבעיות כמו סתימת צנרת; וויסות המאפיינים הראוולוגיים צריך לשמור על הנזילות במהלך תהליך ההדפסה ומהירות המבנה לאחר יציקת שחול. במחקר הנוכחי, לעתים קרובות נעשה שימוש במתני צמיגות, תערובות מינרלים, ננו-חימר וכו' כדי להתאים את התכונות הריאולוגיות של צמנט מבוסס. חומרים להשגת ביצועי הדפסה טובים יותר.

Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) הוא מעבה פולימרי נפוץ. ניתן לשלב את קשרי ההידרוקסיל והאתר בשרשרת המולקולרית עם מים חופשיים באמצעות קשרי מימן. הכנסתו לבטון יכולה לשפר ביעילות את הלכידות שלו. ואגירת מים. כיום, המחקר על השפעת HPMC על תכונות החומרים המבוססים על צמנט מתמקד בעיקר בהשפעתו על נזילות, שימור מים וראוולוגיה, ומעט מחקר שנעשה על התכונות של חומרים מבוססי צמנט להדפסת תלת מימד ( כגון יציבות, יציבות לערום וכו'). בנוסף, בשל היעדר תקנים אחידים להדפסת תלת מימד, טרם נקבעה שיטת ההערכה להדפסה של חומרים מבוססי צמנט. יכולת הערימה של החומר מוערכת לפי מספר השכבות הניתנות להדפסה עם דפורמציה משמעותית או גובה ההדפסה המקסימלי. שיטות ההערכה הנ"ל כפופות לסובייקטיביות גבוהה, אוניברסליות לקויה ותהליך מסורבל. לשיטת הערכת הביצועים יש פוטנציאל וערך רב ביישום הנדסי.

במאמר זה הוכנסו מינונים שונים של HPMC לחומרים המבוססים על צמנט כדי לשפר את יכולת ההדפסה של טיט, וההשפעות של מינון HPMC על מאפייני המרגמה להדפסת תלת מימד הוערכו באופן מקיף על ידי לימוד יכולת ההדפסה, התכונות הריאולוגיות והתכונות המכניות. בהתבסס על מאפיינים כגון נזילות בהתבסס על תוצאות ההערכה, המרגמה המעורבבת עם הכמות האופטימלית של HPMC נבחרה לאימות הדפסה, ונבדקו הפרמטרים הרלוונטיים של הישות המודפסת; בהתבסס על חקר המורפולוגיה המיקרוסקופית של המדגם, נחקר המנגנון הפנימי של התפתחות הביצועים של חומר ההדפסה. במקביל, הוקם החומר המבוסס על צמנט להדפסת תלת מימד. שיטת הערכה מקיפה של ביצועים להדפסה על מנת לקדם את יישום טכנולוגיית ההדפסה בתלת מימד בתחום הבנייה.