代爾夫特理工大學(xué)配制出新型3D打印煅燒粘土基水泥

2020年8月11日，南極熊從外媒獲悉，來(lái)自代爾夫特理工大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)配制出一種新型的煅燒粘土基水泥，用于擠出3D打印。與傳統(tǒng)的水泥相比，這種新型的陶瓷具有更高的流動(dòng)一致性，改善了可構(gòu)建性，并增強(qiáng)了水合性能--這些都是進(jìn)行精密擠出的關(guān)鍵。

低等級(jí)（左）和高等級(jí)（右）煅燒粘土的電子顯微照片，圖片來(lái)自代爾夫特理工大學(xué)

3D混凝土打印

混凝土3D打印是增材制造中比較小眾的領(lǐng)域之一，但與傳統(tǒng)模板相比，它確實(shí)有其優(yōu)勢(shì)。完全不需要實(shí)際搭建模板，看似不可能、復(fù)雜的建筑幾何圖形也比以往更容易實(shí)現(xiàn)。混凝土3D打印機(jī)也在很大程度上優(yōu)化了材料的使用，降低了成本，減少了過(guò)程中的浪費(fèi)。

除了打印機(jī)之外，用于建造結(jié)構(gòu)的水泥可能是影響其質(zhì)量的最關(guān)鍵因素。3D打印混合物需要表現(xiàn)出一致的流動(dòng)性和低粘度，這意味著它們應(yīng)該以恒定的速度擠出，并在它們凝固后保持原位。有時(shí)，質(zhì)量較差的水泥混合物一旦在其上堆積更多的層數(shù)，就會(huì) "下垂"，從而失去其形狀穩(wěn)定性和后續(xù)的尺寸精度。

煅燒粘土基水泥

為了配制出具有優(yōu)越機(jī)械和可打印性能的水泥混合物，研究人員將目光投向了煅燒過(guò)的粘土--在850℃的爐子中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間爆破的粘土。它以其優(yōu)異的抗壓強(qiáng)度和成本效益而聞名，使其成為標(biāo)準(zhǔn)混凝土的一種非常有吸引力的替代品。

該研究涉及兩種不同等級(jí)的煅燒粘土的實(shí)驗(yàn)，即高等級(jí)（95%元高嶺土含量）和低等級(jí)（50%元高嶺土含量）。這兩種等級(jí)的粘土與波特蘭水泥按不同比例混合，并在大學(xué)實(shí)驗(yàn)室中使用定制的擠出裝置進(jìn)行打印。該裝置包括一個(gè)連接到材料軟管和大型數(shù)控臺(tái)上的噴嘴的輸送泵。

實(shí)驗(yàn)室里的定制打印裝備，照片來(lái)自代爾夫特理工大學(xué)

有趣的是，研究小組發(fā)現(xiàn)，將高嶺土含量從0wt%增加到50wt%，可以最大限度地提高流動(dòng)一致性，同時(shí)提高混合物的尺寸穩(wěn)定性。這種可建性的增強(qiáng)是由于煅燒粘土含量提高導(dǎo)致平均顆粒間距離減小的結(jié)果。然而，這也是有代價(jià)的，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)打印的樣品在七天后的抗壓強(qiáng)度較弱。研究人員現(xiàn)在認(rèn)為，他們可以對(duì)配方進(jìn)行微調(diào)，在不犧牲強(qiáng)度的前提下，最大限度地提高打印性。

煅燒后的粘土水泥打印試驗(yàn)，照片來(lái)自代爾夫特理工大學(xué)

更多的研究細(xì)節(jié)可以在題為 ‘Effect of different grade levels of calcined clays on fresh and hardened properties of ternary-blended cementitious materials for 3D printing’ 的論文中找到，該論文由Yu Chen、Claudia Romero Rodriguez、Zhennming Li、Boyu Chen、Oğuzhan Çopuroğlu和Erik Schlangen共同撰寫。

編譯自：3dprintingindustry