代爾夫特理工大學配制出新型3D打印煅燒粘土基水泥

2020年8月11日，南極熊從外媒獲悉，來自代爾夫特理工大學的一個研究團隊已經(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一致性，改善了可構(gòu)建性，并增強了水合性能--這些都是進行精密擠出的關鍵。

低等級（左）和高等級（右）煅燒粘土的電子顯微照片，圖片來自代爾夫特理工大學

3D混凝土打印

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

除了打印機之外，用于建造結(jié)構(gòu)的水泥可能是影響其質(zhì)量的最關鍵因素。3D打印混合物需要表現(xiàn)出一致的流動性和低粘度，這意味著它們應該以恒定的速度擠出，并在它們凝固后保持原位。有時，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 "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的粘土--在850℃的爐子中經(jīng)過長時間爆破的粘土。它以其優(yōu)異的抗壓強度和成本效益而聞名，使其成為標準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的煅燒粘土的實驗，即高等級（95%元高嶺土含量）和低等級（50%元高嶺土含量）。這兩種等級的粘土與波特蘭水泥按不同比例混合，并在大學實驗室中使用定制的擠出裝置進行打印。該裝置包括一個連接到材料軟管和大型數(shù)控臺上的噴嘴的輸送泵。

實驗室里的定制打印裝備，照片來自代爾夫特理工大學

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一致性，同時提高混合物的尺寸穩(wěn)定性。這種可建性的增強是由于煅燒粘土含量提高導致平均顆粒間距離減小的結(jié)果。然而，這也是有代價的，因為發(fā)現(xiàn)打印的樣品在七天后的抗壓強度較弱。研究人員現(xiàn)在認為，他們可以對配方進行微調(diào)，在不犧牲強度的前提下，最大限度地提高打印性。

煅燒后的粘土水泥打印試驗，照片來自代爾夫特理工大學

更多的研究細節(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