使用高嶺石粘土進(jìn)行3D打印

來源：增材之光

在最近發(fā)布的《添加少量石灰、粉煤灰和滑石粉的高嶺石粘土的3D打印》中，研究人員探索了使用直接墨水書寫技術(shù)，使用石灰、粉煤灰等多種廉價(jià)粉體來創(chuàng)建創(chuàng)新陶瓷。滑石粉在全世界的陶瓷領(lǐng)域都很常見。

本研究中使用的3D打印機(jī)

高嶺石是一種粘土材料，是許多國(guó)家/地區(qū)發(fā)現(xiàn)的天然礦物。在以下方面，也通常用作添加劑：

• 紙涂料配方
• 陶瓷
• 塑料制品
• 粘合劑
• 醫(yī)藥品
  

高嶺石土原料來源于母巖，母巖可能以花崗巖、流紋巖、正長(zhǎng)巖、粗面巖、片麻巖或弧形巖為主。研究人員使用了來自哥倫比亞的高嶺石粘土，聲稱它們是該地區(qū)最“豐富”的粘土。

研究人員表示：“當(dāng)今世界對(duì)陶瓷生產(chǎn)的新技術(shù)提出了要求，這些新技術(shù)使陶瓷工業(yè)能夠優(yōu)化能源消耗，并通過在其他應(yīng)用或工藝中使用這些技術(shù)來盡量減少浪費(fèi)。這是使用替代性陶瓷材料（例如磷酸鹽和地聚合物）來容納大量廢物，具有相似目標(biāo)的傳統(tǒng)建筑材料，或開發(fā)使用這些未利用材料的新制造工藝的情況�！�
研究人員使用石灰（CaO）、粉煤灰（C型）和滑石粉（H2Mg3（SiO3）4）這三種添加劑，發(fā)現(xiàn)石灰和滑石粉變成了水合物形式：Ca（OH）2和Mg3 Si4O10（OH）2 。在調(diào)查有關(guān)其在DIW打印中的性能的同時(shí)，他們還評(píng)估了以最簡(jiǎn)單形式使用的所有材料的含水率、燒結(jié)時(shí)間和含量。
團(tuán)隊(duì)測(cè)試了機(jī)械性能后，為該研究項(xiàng)目打印了樣品。

本次研究中測(cè)試的W/C 0.70不同成分的樣品概述

原始添加劑的掃描電鏡圖像：a）粘土，b）石灰，c）粉煤灰和d）滑石粉

石灰和粉煤灰具有不同的“偏度”，滑石粉樣品的結(jié)果表明曲線幾乎對(duì)稱。下表顯示了所有其他相應(yīng)的元素?cái)?shù)據(jù)。

粉末添加劑及其與高嶺石土的組合物的SEM-EDS元素表征

在評(píng)估溫度時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，打印樣品的直徑和高度會(huì)降低。直徑上的收縮率比高度上的收縮率低10%，這歸因于制造技術(shù)的各向異性。密度和壓縮強(qiáng)度如下所示。在表面處理方面，確定粉煤灰是高嶺石粘土的最佳添加劑。這種添加劑還使3D打印更加容易，從而帶來了更多的用戶，而且正如研究團(tuán)隊(duì)所指出的那樣，這可能對(duì)社會(huì)產(chǎn)生更大的影響。

通過阿基米德平衡法進(jìn)行密度測(cè)試

下列各項(xiàng)的抗壓強(qiáng)度平均值：a）生粘土和b）含添加劑的粘土

“這些樣品是用0.68到0.72之間的水與粘土的比率（W/C）制成的。用3.0、5.0和7.0 wt.%的粘土含量對(duì)添加劑進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，添加3 wt.%添加劑的樣品表現(xiàn)出最好的性能。試驗(yàn)結(jié)果還表明，以粉煤灰為添加劑的0.70w/C比試樣在加工性能、力學(xué)性能和表面光潔度等方面均為最佳。

粉煤灰是最好的選擇，研究人員將其與形狀、分布和化學(xué)作用聯(lián)系起來。他們發(fā)現(xiàn)，雖然單靠其自身的可塑性不足以產(chǎn)生足夠堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，以承受搬運(yùn)和干燥，但通過粘土的結(jié)合，他們能夠打印和生產(chǎn)復(fù)雜的樣品。

“這項(xiàng)研究中介紹的工藝和材料為傳統(tǒng)行業(yè)提供了在實(shí)施增材制造方面進(jìn)行真正思考的可能性，以補(bǔ)充傳統(tǒng)方法，這也可以成為公司的創(chuàng)新路線。而且，工藝和材料都適合個(gè)人�！毖芯咳藛T總結(jié)道。