供稿人：崔曉涵 王富 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2023-03-22
在相關(guān)研究中，常溫硬化水泥已經(jīng)在DIW增材制造工藝中進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過(guò)調(diào)整后的常溫硬化水泥擁有良好的流變特性，從而可以使其在打印過(guò)程中，在保持較高精度的同時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)坍塌的現(xiàn)象。而其常溫硬化特性，及硬化后具有良好的強(qiáng)度的特性，也使其在有高強(qiáng)度需求（建筑工業(yè)，模具制造行業(yè)等）的情境下?lián)碛懈鼜V闊的的應(yīng)用前景。而粘接劑噴射成型工藝（Binder Jetting）工藝擁有成型速度快，成型效率高，成型尺寸大等優(yōu)勢(shì)。但由于缺少性能穩(wěn)定，抗鹽抗水的粘接劑，使其難以大規(guī)模應(yīng)用于建筑工業(yè)中。
來(lái)自于意大利帕多瓦大學(xué)工程工業(yè)部門(mén)的Hamada Elsayed等人，采用高嶺土鋁酸鹽作為粘接劑A；硅酸鈉水溶液作為粘接劑B。將粘接劑A組分與硅砂充分混合后形成打印基材（圖1），置于3DP打印機(jī)中，向逐層鋪粉的打印基材上噴射粘接劑B組分（圖2）。在經(jīng)過(guò)常溫固化后，將打印件脫粉取出。
圖1(a) 高嶺土鋁酸鹽粉末(b) 鋯英砂 (c)(d)
圖2 噴射打印過(guò)程
打印材料充分混合最終獲取打印樣品如圖3所示。圖3（a），（b）展示了未打印前混合材料的微觀(guān)形貌。而圖3（c）則展示了在打印完成后樣品截面的微觀(guān)形貌?？梢钥吹?，打印骨料之間空隙顯著減少，形成了明顯的粘接橋，同時(shí)形成了較為致密的組織。
同時(shí)經(jīng)過(guò)測(cè)量，樣品的抗壓強(qiáng)度達(dá)到17MPa左右，抗彎強(qiáng)度達(dá)到7MPa左右。同時(shí)樣品抗水性能好，在水中浸泡一周后無(wú)明顯性能變化（表1）。
表1
經(jīng)分析（圖4），高嶺土鋁酸鹽水泥與堿性硅酸鈉水溶液反應(yīng)會(huì)生成礦物聚合物。而這樣的礦物聚合物不僅使打印零件強(qiáng)度極高，同時(shí)其穩(wěn)定的化學(xué)性能還保證了打印零件在使用過(guò)程中可以避免水鹽侵蝕導(dǎo)致性能下降或者被破壞。而同時(shí)，快速硬化的水泥也不會(huì)導(dǎo)致打印零件出現(xiàn)顯著的精度下降。
圖4
使用粉狀材料作為打印粘接劑應(yīng)用于粘接劑噴射增材制造中是一種近些年才被提出的另辟蹊徑的打印方法。這種方法巧妙地避開(kāi)了3DP工藝中不可避免的粘接劑飽和度和打印精度無(wú)法兼顧（PTSO）的問(wèn)題。可以通過(guò)極大提升粘接劑含量的方式提升粘接劑飽和度，從而提升打印件的強(qiáng)度。而使用水泥這種較為成熟，應(yīng)用廣泛的打印材料作為粘接劑也是一種創(chuàng)新性的方法，可以被應(yīng)用于更多行業(yè)中，使粘接劑噴射增材制造的實(shí)用性顯著提升。