3D打印地质聚合物材料的早期工作性研究

3D打印作为第三次工业革命的核心技术,给建筑行业带来了巨大的变革,打印建筑层出不穷。3D打印材料非同寻常的工作性作为材料关键性能对于3D打印建筑的成败有着决定性作用,目前对其工作性的研究尚处于起步阶段并未得到系统性研究。本文从3D打印浆体早期结构变化的角度出发,以重建能量(SRE)作为评价指标,研究3D打印地质聚合物材料的早期工作性能。试验结果表明:3D打印地质聚合物材料搅拌后短时间内结构重建速度以及剪切应力恢复能力使其重建能量迅速增大,提高了重建能力从而满足浆体触变性的转化,使浆体能够快速成型,为打印浆体提供支撑。

3D打印地质聚合物材料研究进展

3D打印技术作为数字制造的一部分,在建造和建筑领域具备诸多优势,发展潜力十分巨大,已经成为现阶段建筑行业的热点发展方向。目前,可采用的打印材料种类非常有限,这严重阻碍了3D打印建筑物领域的发展。因此,研发出符合3D打印建筑物领域要求的材料变成一件非常重要的事情。

钢渣掺量对3D打印地质聚合物材料新拌浆体流变性的影响

研究了钢渣掺量对钢渣-矿渣基地质聚合物3D打印材料新拌浆体流变性的影响.实验结果表明：修正Bingham模型用于表征3D打印材料浆体流变模型更为准确;随钢渣掺量的增加,新拌浆体剪切应力和屈服应力的增大同时其塑形黏度降低;新拌浆体的流变特性决定其早期构件的完整性,快速增长的屈服应力确保了其挤出后的成型能力;优异的剪切变稀能力有利于运输过程中的管内压力降低.

3D打印地质聚合物复合材料研究进展

3D打印技术的应用有望引领工业革命4.0,颠覆经济并提供设计定制。建筑行业正在迅速赶上这种现代技术,生产混凝土3D打印机,以提供健康的工作环境,实现经济独立和建筑自由。地质聚合物被发现是建筑行业中用于3D打印水泥材料的有效替代品,这可能有助于使其更加环保。本文全面回顾了打印工艺、性能要求和常见的3D打印混凝土技术。利用地质聚合物作为当今新兴环保混凝土化合物的合适混凝土材料,用于现代建筑。文章还强调了用于3D打印的地质聚合物复合材料而必须克服的实际问题或潜在挑战。

多组分多层级3D打印材料研究进展

多组分多层级3D打印材料(McMl3DPMs)是一种新兴的先进材料,源于多孔材料、复合材料和增材制造的融合。由于增材制造赋予了Mc Ml3DPMs三维架构跨越广泛组分构成和结构类型的能力,Mc Ml3DPMs拥有杰出的机械性能,甚至是通常被认为相互排斥的性能(例如高强度和高韧性)。本文重点介绍为了实现高性能结构用Mc Ml3DPMs所必须解决的科学挑战以及最近研究工作对此做出的努力,将从结构设计、制造过程建模、缺陷表征和性能评价3个方面对相关案例进行回顾。最后,本文指出了当前研究的不足之处,并展望了Mc Ml3DPMs的未来发展,包括讨论了进一步推进这一新兴领域发展的几个可能的研究方向。

新工科背景下高分子材料课程仿真实验建设——以3D打印虚拟仿真为例

随着社会的发展和科技的进步,新工科教育对高等工程教育提出了新的要求。虚拟仿真实验具有实验不受时空限制、节约耗材、安全易行的优点。高分子材料是支撑战略性新兴产业和重大工程不可或缺的物质基础,将虚拟仿真实验引入高分子材料课程实验教学,实现学生自主学习和自主实验,加深对材料、纺织和服装等纤维制造相关领域知识的融合理解,提升专业自信和岗位能力,为学生创建一个具有设备认知、原理学习、模拟训练、实验操作、数据交互、综合考核等功能的综合平台,在教学中获得了良好的效果。

高分子材料3D打印应用与案例

高分子材料3D打印是增材制造的重要部分,其3D打印方式较多,发展前景广阔。本文以高分子材料在3D打印领域应用为主,讲述了常用的三种高分子材料3D打印方式原理和实际应用案例,介绍了其他四种高分子材料3D打印方式原理及技术要点,了解了我国聚合物3D打印机向超大型高温型发展的动态以及3D打印丝材转向使用粒料节约材料成本,兼容多种高性能3D打印材料,让聚合物3D打印更好地为国民经济发展增添新动能。

3D打印矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土减水剂适用性研究

为了获得适用于3D打印矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的减水剂,通过对比试验探究了聚羧酸系高性能减水剂、萘系减水剂、脂肪族高效减水剂和三聚氰胺型减水剂的减水效果,结果表明:萘系减水剂对地质聚合物混凝土的减水效果最好。通过平行试验探究不同萘系减水剂掺量对地质聚合物混凝土凝结时间及力学性能的影响,结果表明:萘系减水剂可以延长材料的凝结时间,且随掺量增加,凝结时间呈指数型增长趋势;当掺量过高时不利于地质聚合物混凝土强度发展;萘系减水剂最佳掺量不应大于矿渣与粉煤灰总质量的1.5%,建议掺量为矿渣与粉煤灰总质量的1%。

聚合物3D打印工艺及打印材料的研究进展

综述了3D打印工艺的工作原理、特点和发展情况,以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、聚酰胺、热塑性聚氨酯弹性体、聚醚醚酮等常用3D打印聚合物及其复合材料的的性能、研发情况和发展趋势,最后介绍了聚合物3D打印在各领域的应用情况。目前,聚合物3D打印工艺正在向低打印成本、低能耗、大尺寸、高打印速率方向发展,同时为了改善打印材料的加工性能,现已对各类聚合物进行了大量改性研究,主要包括将不同种类的聚合物共混或向聚合物基体中添加功能填料。

3D打印玻璃材料的研究现状及展望

玻璃作为一种非晶态材料,具有高光学透明度、高热稳定性、高化学稳定性、高熔点及低热膨胀系数等特点,广泛用于电子、信息、医疗等领域。随着人们对玻璃材料的结构形状、材料分布及功能属性要求越来越高,传统的玻璃材料成形加工方法(浇筑法、吹制法、浮法等)很难甚至无法满足上述需求。3D打印技术颠覆了传统材料的成形工艺,其基于逐层累加的制造原理,理论上可实现任意复杂构件的数字化成形,具有无需模具、成形效率高等优点,受到玻璃材料成形制造领域学者的广泛关注。本文系统总结了玻璃材料构件的不同3D打印工艺方法、原理及优缺点,介绍了3D打印玻璃材料的应用现状,最后对玻璃材料3D打印技术进行了展望。

浸锑石墨与无压烧结SiC和3D打印SiC密封材料配对副的摩擦磨损特性研究

为研究干气密封用密封材料的摩擦学特性,采用销盘旋转试验台研究3种浸锑石墨在干摩擦条件下分别与无压烧结SiC和3D打印SiC配对时的摩擦磨损特性,探讨了速度、载荷对密封材料摩擦磨损特性的影响,揭示了配对副材料表面的磨损机理。结果表明:随着载荷p与速度v的乘积(pv值)的增大,摩擦因数和磨损率均呈现逐渐减小趋势;在pv值较小时磨损机理为严重的磨粒磨损和轻微的黏着磨损,在pv值较高时磨损主要发生在碳化硅摩擦表面黏附的石墨转移层间,磨损机理主要表现为黏着磨损;在研究pv值变化对浸锑石墨与SiC密封材料配对副摩擦磨损特性的影响时,首选定载荷变速度试验方法。

连续芳纶纤维增强PLA复合材料3D打印技术成型缺陷及工艺优化方法研究

连续纤维3D打印技术结合了复合材料高力学性能和3D打印灵活制造的优点,具有较大发展潜力。然而现有工艺制得的零件存在较多成型缺陷,影响了该技术的大规模应用。本文基于自行研制的3D打印设备制造芳纶纤维增强PLA试验件,研究试验件成型质量并提出了滑移缺陷发生条件,系统研究了纤维束滑移、剥离、断裂和层间孔隙等缺陷,最后提出优化打印速度、路径变化角、冷却系统和喷嘴外形四种工艺优化方法,设计了相关试验进行验证。结果表明,优化打印速度、路径变化角和增设冷却系统可将纤维束滑移距离分别降低45%、81%和50%,优化喷嘴设计可将纤维束断裂率降低90%。本研究为基于3D打印的复合材料设计和制造提供了新的思路和解决方案。

3D打印隔热材料研究进展

3D打印技术能够实现面向性能的设计以及非常规结构的制造,其在隔热领域的应用可以使材料具有更加精细、可控、定制化的结构与功能。当前,3D打印隔热材料技术仍处于快速迭代期,打印材料、结构设计和制造工艺等技术瓶颈尚待突破。本文对3D打印隔热材料的现状进行了综述,简要分析了在隔热材料制造方面较有前景的3D打印工艺,对比了各工艺的优缺点以及适用的材料类型,着重讨论了3D打印陶瓷、发泡混凝土、泡沫塑料和气凝胶材料在隔热领域的研究进展,最后总结了目前面临的技术挑战和未来的主要发展方向。

一种新型陶瓷材料3D打印成型工艺的试验研究

将陶瓷粉末与高分子材料共混制备的陶瓷材料喂入自主研制的粉体喂料3D打印机,打印出的陶瓷坯体经脱脂和干燥后,分别在最高烧结温度为1550,1580,1620,1650℃下烧结,测试烧结陶瓷体的物理性能。结果表明:随着最高烧结温度的升高,陶瓷体的致密性改善,物理性能提高;当最高烧结温度为1650℃时,陶瓷体的维氏硬度达到1202.8 HV,烧结密度达到5.45 Mg·m^(-3),抗弯强度达到902.1 MPa,断裂韧性达到11.69 MPa·m^(1/2)。

基于原材料种类的3D打印岩体力学性能研究

为探讨不同原材料对3D打印岩体试样物理力学性能的影响和作用机理,对不同原材料打印试样与实际岩体的异同进行了归纳分析。研究表明,类石膏粉末最为常用且最接近实际岩体性能,但其密度和抗压强度明显低于实际岩体;工程塑料的抗拉强度理想,但其密度过小,且弹性模量和峰值压应变与实际岩体差异较大;烧结物颗粒密度较大,但其抗拉强度、弹性模量和峰值压应变均与实际岩体存在较大差异;光敏树脂抗压强度和抗拉强度与部分岩体接近,但其密度、弹性模量和峰值压应变与实际岩体差异较大。

不同掺量铁尾矿对3D打印混凝土胶凝材料性能的影响

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。本文研究了掺铁尾矿3D打印胶凝材料的力学性能、流变性和微观结构性能,结果表明:尾矿的粒径较小,可以作为3D打印材料的骨料,在3D打印过程中可以顺利通过输送胶凝材料的管道。随着铁尾矿掺量的不断增大,3D打印胶凝材料的剪切黏度的变化规律呈现出先减小后稳定的趋势,剪切应力的变化规律却呈现出不断增大的趋势,随着层间间隔时间不断增大,3D打印胶凝材料的抗压强度和抗折强度均呈现下降的变化趋势,但是在层间间隔时间在20~30 min之间时,抗压强度和抗折强度下降幅度较为平缓;随着层间间隔时间不断增大,3D打印胶凝材料的层间粘结强度均呈现下降的变化趋势。铁尾矿掺量为30%的3D打印胶凝材料在水化90 d后,经过XRD衍射实验得到胶凝材料的物质成分主要有石英、钙矾石、方解石、钠长石、钙钛矿、Ca_(2)SiO_(4)和水化硅酸钙等七种物质。

3D打印规整催化材料功能化及其强化反应传质的研究进展

3D打印是一种数字化设计制造手段,可将多维制造转变为由下至上的二维叠加。借助3D打印技术可突破传统催化材料成型方法局限,大大降低复杂几何形状规整催化材料的制造难度。其中3D规整催化材料的功能化处理与几何构型设计是影响规整催化材料催化性能的重要因素。综述了3D打印规整催化材料功能化及其强化反应传质的研究进展,讨论了传统规整催化材料成型工艺和3D打印成型工艺的技术特点,概述了3D打印规整催化材料直接功能化与后处理功能化(包括涂覆法和二次生长法)的制备策略,分析了3D打印规整催化材料的几何构型对反应传质的影响,为研发高性能3D打印规整催化材料提供参考。

材料挤出式3D打印制备功能梯度材料过渡距离研究

近年来随着3D打印技术的飞速发展,材料挤出成型工艺制备功能梯度材料成为研究热点。材料之间的过渡是影响最终成型质量的关键因素。目前,国内外学者只研究了两种独立材料之间相互转变的过渡距离,对不同组分材料之间的转变研究较少。采用双料筒打印机研究了不同组分材料之间的过渡距离,并通过实验探究不同进给量对过渡距离的影响,在保证打印质量的前提下得到了过渡距离最小的进给量。以Visual Studio 2019为开发平台提出一种新的进料策略缩短过渡距离,在路径规划中对切片得到点的材料信息进行判断,对组分增大的材料根据变化值计算其进给量并输出生成新型G代码。最终,采用新型G代码进行打印实验,缩短了材料过渡距离得到了理想的材料过渡曲线。

3D打印水泥基材料高温后劈裂拉伸尺寸效应试验研究

为探究3D打印水泥基材料高温后劈裂拉伸尺寸效应,共设置5种温度和3种尺寸,应用液压伺服机对3D打印水泥基材料展开劈裂拉伸力学性能试验研究,分析高温和尺寸效应对3D打印水泥基材料劈裂拉伸力学性能的影响规律。主要得到以下结论:随着温度升高,试件抗拉强度逐步降低,不同尺寸试件的抗拉强度受高温影响降低幅度基本相同,最大降低幅度为87.97%。随着尺寸增加,试件抗拉强度逐步降低,温度的提高导致试件抗拉强度受尺寸效应影响变化幅度逐步增大。受尺寸效应影响,不同试件高温后的抗拉强度变化区间为18.488%~26.165%。同时,基于尺寸效应律提出3D打印水泥基材料高温下抗拉强度计算模型,并应用微观测试技术揭示其力学性能演化机理。

凹凸棒土对3D打印水泥基材料工作性能及抗压强度的影响

高掺量粉煤灰应用于3D打印混凝土中存在建造性和抗压强度等性能降低的问题,为了改善这一问题,本文将凹凸棒土(ATP)作为掺合料,研究了凹凸棒土掺量(0%、1%、2%和3%,质量分数)对高掺量粉煤灰3D打印水泥基材料工作性能及抗压强度的影响。结果表明,ATP吸附了浆体中大量水分,且填充了较大水泥颗粒的空隙,使浆体流动度降低,强度和屈服应力增大。当ATP掺量为1%~3%时,样品的挤出性和建造性良好。随着ATP掺量增加,养护7和70 d的打印试块在X、Y和Z三个方向的抗压强度均高于对照组。养护7 d时,ATP掺量为3%的试块在Z方向抗压强度最大,为14.0 MPa;养护至70 d时,ATP掺量为2%的试块在Y方向的抗压强度最大,达到了24.1 MPa。