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采用聚合物網(wǎng)加固技術提升粘土基3D打印砂漿的性能

供稿人:劉子瑋、高琳 供稿單位:西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室  發(fā)布日期:2025-04-03

增材制造技術,涵蓋了3D砂漿打印(3DMP)、3D混凝土打?。?DCP)以及液體沉積建模(LDM),在建筑行業(yè)中展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。它們不僅縮短了項目周期,降低了成本,減少了資源消耗,還賦予了設計以創(chuàng)意,并實現(xiàn)了施工流程的自動化,進而有效減少了工作場所的安全事故。然而,相較于傳統(tǒng)的建造方式,增材制造技術在實現(xiàn)卓越機械性能方面仍面臨著挑戰(zhàn),這主要歸因于其層間結合力不足和材料存在的各向異性問題。本文介紹的研究致力于通過一種創(chuàng)新方法來解決這一難題,即將3D打印的聚合物網(wǎng)嵌入粘土基砂漿中,以增強增材制造結構的整體性能。選擇粘土基材料是出于其環(huán)境友好性的考慮。在該研究中,研究人員采用了文獻中記載的具有最優(yōu)幾何設計的網(wǎng)格,這些網(wǎng)格由三種在3D打印領域廣泛應用的聚合物材料(PLA、ABS和PETG)打印而成。在3D打印過程中,這些網(wǎng)格被巧妙地置于層間,旨在顯著提升打印樣品的機械強度。

圖1 圖形摘要

該研究介紹了一種適用于修復項目的增材制造技術。依據(jù)相關規(guī)范對允許使用的材料及配比進行設定,研究人員成功研發(fā)了四種合規(guī)的混合物,并深入探索了它們在3D打印領域的潛力。這些混合物的可打印性得到了驗證,依據(jù)EN1015-11標準,成功打印出尺寸為4厘米×4厘米×16厘米的樣件,旨在進一步評估其機械性能。為了進一步提升機械強度,研究人員在特定的混合物(即100%粘土和含5%水泥的混合物)的層間,加入了由PLA、ABS和PETG制成的聚合物網(wǎng)格作為額外加固措施。礦物學分析及物理機械性能測試的結果顯示,復合設計以及適當?shù)臐舛葘τ?D打印和模制粘土基材料而言至關重要,因為粘合劑、添加劑以及含水量的變化會對其長期性能產(chǎn)生顯著影響。此外,純粘土砂漿展現(xiàn)出了優(yōu)于其石灰和水泥穩(wěn)定變體的抗彎強度和抗壓強度。

參考文獻:

  1. Pemas S, Sougioultzi K, Kouroutzidou C, et al. Enhancing Clay-Based 3D-Printed Mortars with Polymeric Mesh Reinforcement Techniques [J]. Polymers-Basel, 2024, 16(15).
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