3D打印石膏粉末流动性的响应曲面优化试验研究

基于响应曲面法的中心复合设计(CCD)法设计了3D打印石膏粉末流动性优化试验,考察疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量对3D打印石膏粉末流动性的影响,并对优化效果下制备的3D打印粉末进行打印机铺粉、表面形貌和流速的分析、验证。结果表明:在疏水性纳米SiO_(2)掺量为1%(质量分数)、可溶性淀粉掺量为3%(质量分数)的条件下,石膏流动性能改善效果最佳,相较于未改性的石膏提高了38%,得到了响应变量粉末流动性与疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量的非线性回归方程,流动性最佳优化预测值与实测值相对误差仅为0.31%;最佳优化条件下,改性石膏粉末流速为3.16 g/s,可连续流动,粉层表面均匀无明显缺陷。本研究提高了石膏基粉末3D打印的精确度,有利于石膏材料在3D打印中的应用。

回收石膏粉末改良路基软黏土试验研究

在南方某湖区高速公路现场采取了软黏土,制备了不同石膏粉末掺量的改良土试样,开展了无侧限抗压强度试验、劈裂试验、CBR试验等,探讨了强度、CBR值、膨胀性等随改良剂掺量的变化规律,获取了改良土用于下路堤填筑的合理改良配比。研究结果表明,随着回收石膏粉末掺量增加,土的干密度增加,含水率减小,可以缩短压实填筑前的翻晒时间;此外抗压强度、劈裂强度和CBR都有所提高,其中CBR的提高效果最为明显。当2种软黏土中石膏粉末掺量达到81 kg/m^(3)和109 kg/m^(3)时,改良土的CBR达到下路提填筑标准。采用石膏粉末改良软黏土的同时,配入水泥,所得的改良土在浸水饱和条件下膨胀量较小,表明其具有一定的水稳定性,可满足下路堤填筑要求。

基于核磁共振技术的石膏粉末型3D打印试样水理特性及裂隙渗流特性初探

基于石膏粉末的3D打印技术目前在岩石力学领域及石油领域应用广泛.为使该技术更广泛应用于有水条件下的岩石和油气工程,对真空渗透固化改进的石膏粉末型3D打印试样进行了水理特性和裂隙渗流特性研究.首先,借助SEM和低场核磁共振技术(NMR)研究了该3D打印试样的微观结构特征和孔隙分布特征.其次,分别对试样在自然吸水和有压饱和条件下开展了吸水→饱和→干燥的干湿过程试验,并借助NMR技术研究了试样干湿过程中的水分迁移特征.在此基础上,分别对干燥和饱和试样开展了单轴压缩试验,研究试样遇水软化特征.最后,基于NMR岩石驱替渗流分析成像系统,对4种含不同粗糙度(JRC)的裂隙打印试样开展了恒围压、渗透压的渗流试验,借助实时核磁T2谱和成像研究了试样的裂隙渗流规律.结果表明,渗透固化的石膏粉末型3D打印试样内部大小孔隙分布均匀且连通性好,总孔隙度为18.4%;试样自然吸水时以中、大孔隙充水为主,有压饱和时其大、中和小三种孔隙均充水饱和;试样的自然吸水率、饱和吸水率以及饱水系数分别为6.01%,8.8%和0.68,与一般砂岩很接近;相比干燥时,饱和试样的变形大、峰值强度降低明显,其遇水软化系数KR为0.75,与一般沉积岩软化系数范围接近;打印裂隙试样渗流时,水分先在主裂隙和大孔隙中聚集,随后逐渐形成主裂隙渗流通道,最后在渗流趋于稳态时逐渐进入中、小孔隙中;在围压5 MPa和渗透压1.3 MPa的条件下,4个不同裂隙粗糙度的打印试样渗透系数在8×10^(-7)~1.3×10^(-6)m/s之间,略小于同条件下的裂隙黄砂岩.

3D打印石膏的工艺研究

通过正交试验研究了α-半水石膏、聚乙烯醇、硬石膏和白炭黑的加入量对3D打印石膏的堆积密度、孔隙率、流动性、硬化时间的影响。从而确定了3D打印石膏的最佳配方,所得粉末堆积密度为0.94 g/cm^3,孔隙率为0.54,初步硬化时间小于5 min,粉末流动性好,均匀细腻;上机打印时,铺粉均匀顺畅,没有皱褶,打印精度好,渗透合适,无粉末飞扬,不会堵塞打印头,硬化后强度较好,效果比较理想。

3D打印用石膏粉料的研究与应用

针对3D打印用石膏粉料的要求,选择了合适的石膏基料、黏结剂,促凝剂、分散剂及其他粉末助剂,经过大量试验及生产实际验证,成功研制了一种3D打印用石膏粉料,得出了最佳的改性工艺及工艺配比。实践表明,研制的3D打印用石膏粉料性能优异,环保无毒、粉末流动性好,均匀细腻,铺粉均匀顺畅,没有皱褶;渗透合适,产品表面光洁,尺寸稳定,不易收缩,打印精度好;打印过程,无粉末飞扬,不会堵塞打印头;硬化后强度较好,效果比较理想,很好地解决了目前3D打印石膏粉料的固化慢、流动性差、强度较低等问题。

三维打印成形机理及其试验研究

利用自行开发的三维打印成形系统进行了石膏基复合粉末的三维打印成形试验,讨论了三维打印成形的机理。测试了制件的微观组织结构、机械性能以及三个方向上的尺寸精度,分析了各工艺参数对制件微观组织和宏观性能的影响,给出了三维打印成形的应用实例。试验结果为制定合理的三维打印成形工艺参数提供了依据。

三维打印快速成形及其试验研究

利用自行开发的三维打印快速成形系统进行了石膏基复合粉末的三维打印快速成形试验,讨论了三维打印快速成形的机理和过程。利用正交试验研究了工艺参数中层厚、喷射扫描模式以及辊子转速对制件的密度、抗压强度及3个方向上尺寸精度的影响。试验结果为制定合理的三维打印快速成形工艺参数提供了依据,并通过实例给予验证。