Исследователи оценили эффективность хлорида бария, винной кислоты, сахарозы и триполифосфата натрия для регулирования возможностей печати и механических характеристик геополимерного бетона для экструзионной 3D-печати.
Геополимерный бетон стал перспективным материалом для аддитивного строительства, поскольку в нем часть портландцемента заменяется щелочно-активированными алюмосиликатами, такими как зола, шлак или метакаолин. Это изменение может снизить содержание углерода, одновременно обеспечивая увеличение прочности, но оно также меняет химический состав и реологию смеси таким образом, который не всегда предсказывается стандартными добавками для бетона. Для 3D-печати баланс особенно важен: материал должен плавно перекачиваться и экструдироваться, сохранять форму без провисания сразу после выхода из сопла и при этом хорошо сплавлять слои в течение времени открытой выдержки, измеряемого минутами.
Новое исследование посвящено именно этому диапазону возможностей печати. Исследователи изучили, как четыре распространенные добавки изменяют статическое и динамическое напряжение текучести, тиксотропное восстановление, поведение при схватывании, а также результирующие свойства в сыром и затвердевшем состоянии. Хотя многие современные строительные принтеры используют рецептуры с высоким содержанием цемента, рынок неуклонно изучает геополимеры для сокращения выбросов CO2 и расширения возможностей отверждения. Настройка этих смесей на прокачиваемость, удобоукладываемость и межслойную адгезию теперь является сложной задачей для поставщиков систем, от стартапов до крупных компаний.
Настройка окна «Возможность печати»
В экструзионной 3D-формовке рабочая зона определяется тремя ограничениями: экструдируемостью через шланг и сопло, стабильностью формы свежеосажденных нитей и прочностью сцепления на границах раздела при увеличении времени задержки. Химические добавки являются самым быстрым способом преодоления этих ограничений без перепроектирования оборудования. Триполифосфат натрия (ТПФН) часто используется в качестве диспергатора в щелочно-активированных системах, помогая уменьшить флокуляцию и снизить начальную вязкость, что повышает прокачиваемость и снижает требуемое давление. Органические кислоты, такие как винная кислота, и сахара, такие как сахароза, обычно действуют как замедлители схватывания в цементных смесях и могут замедлять гелеобразование геополимеров, увеличивая время открытой выдержки за счет снижения ранней прочности.
Хлорид бария реже используется в традиционной практике бетонирования, но может изменять реакции на ранних стадиях, образуя комплексы с анионами или смещая ионное равновесие в сильно щелочных средах. При послойном строительстве такая настройка на ранней стадии изменяет скорость восстановления статического предела текучести после сдвига, что определяет высоту стены до начала проседания. В статье сообщается, что выбранные добавки существенно смещают этот баланс, создавая смеси, которые легче перекачиваются, обладают более высокой прочностью на ранней стадии всходов или сохраняют удобоукладываемость в течение времени, достаточного для завершения ряда.
Преимущества, компромиссы и практические ограничения
Возможность печати — это лишь половина дела. Авторы также оценивают прочность на сжатие и вероятную прочность межслойного соединения, подчеркивая знакомый компромисс между быстротой построения и межслойной адгезией. Более быстрое затвердевание может создать эффект холодного соединения, ослабляющий границы раздела слоев, в то время как длительное время открытой выдержки улучшает сцепление, но увеличивает риск провисания и геометрического смещения. Исследование показывает, что определенные диапазоны дозировки сохраняют механические свойства, улучшая при этом реологию, хотя точные процентные показатели, режим отверждения и абсолютные значения прочности в резюме не приводятся.
Однако есть и поводы для беспокойства. Соли, содержащие хлориды, могут ускорять коррозию армирующих элементов, и хотя во многих современных печатных стенах используется ограниченное количество стали, анкеровка и перемычки по-прежнему зависят от встроенного металла. Соединения бария также создают проблемы с обращением и утилизацией, которые необходимо учитывать на строительной площадке. STPP, кислоты и сахара проще достать и дозировать, но при приготовлении растворов на месте необходимо учитывать перепады температуры, изменчивость воды и сдвиговые напряжения насоса, что может свести на нет достижения лаборатории, если не будут внедрены системы контроля.
Для производителей оборудования и поставщиков материалов эта работа указывает путь вперед: сочетание модификаторов реологии с системами мониторинга и управления. Экструдеры с замкнутым контуром, контролирующие давление и поток, в сочетании с линейными смесителями, способными корректировать дозировку добавок по требованию, могли бы удерживать процесс в узком целевом диапазоне при изменении погодных условий и перерывах в печати. Поставщики услуг выиграли бы от проверенной конфигурации смеси и четких рекомендаций по времени задержки между слоями для сохранения межслойной связи.
В индустрии 3D-печати все еще ведется работа по подбору оптимальных смесей материалов для экструзии, и данное исследование демонстрирует некоторые результаты этой работы.
Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологиях. Мы знаем как это работает.
По всем вопросам обращаться (круглосуточно):
телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)
max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ
почта — shope@fidller.com
вк — https://vk.com/3d_krd_123
группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
Наши ресурсы:
все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.