一种石膏基热致缓凝3D打印材料及制备和使用方法技术

本发明专利技术属于3D打印技术领域，公开了一种石膏基热致缓凝3D打印材料及其制备和使用方法。该石膏基热致缓凝3D打印材料包括A组分和B组分，A组分包括以下质量份数的原料：石膏100份、激发剂0～3份、流变改性剂0.1～5份、触变改性剂0.01～3份；B组分包括以下质量份数的原料：水30～60份、减水剂0.01～3份；A组分与B组分的质量比100：(27～63)。本发明专利技术石膏基热致缓凝3D打印材料在制备和使用时进行预热和保温，凝结时间可延长至4～11h，从而具有充足的可打印时间，在打印后，打印试件自然冷却，又可以快速成型并产生强度，保证3D打印的层层进行。保证3D打印的层层进行。

【技术实现步骤摘要】
一种石膏基热致缓凝3D打印材料及制备和使用方法


[0001]本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种石膏基热致缓凝3D打印材料及其制备和使用方法。

技术介绍

[0002]3D打印是快速成型的一种，又称增材制造，不仅能大量节省人力物力，提高生产效率，还能对形状复杂的零件进行精确打印。3D打印技术发展至今已有 30多年的历史，广泛应用于汽车、建筑、医疗、电子和航天等领域。目前，3D 打印的发展仍受3D打印材料种类的限制，常见的3D打印材料有热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末以及石膏材料等。其中石膏制品及胶凝材料有诸多优良性能，原料来源丰富，生产能耗低等优势，因而更具有市场潜力。
[0003]目前，石膏胶凝材料的3D打印多采用预先混合的石膏浆体进行3D打印，但由于石膏的凝结时间短，通常需要加入多聚磷酸钠、柠檬酸以及植物蛋白类缓凝剂等，而这些缓凝剂的掺入会对石膏制品的强度产生负面影响，且掺量越大负面效果越明显。此外，常见的缓凝剂对石膏的缓凝效果一般只有1～2h，对于打印周期较长的3D打印制品需要少量多次制浆，以避免出现石膏凝结无法继续打印以及堵塞打印设备的问题，导致打印工序繁琐。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种石膏基热致缓凝3D打印材料及其制备和使用方法，该打印材料在制备和使用时进行预热和保温，能够延长可打印时间，在打印后自然冷却又可以快速成型并产生强度。
[0005]为解决本专利技术所提出的技术问题，本专利技术提供一种石膏基热致缓凝3D打印材料，包括A组分和B组分，A组分包括以下质量份数的原料：石膏100份、激发剂0～3份、流变改性剂0.1～5份、触变改性剂0.01～3份；B组分包括以下质量份数的原料：水30～60份、减水剂0.01～3份；A组分与B组分的质量比100： (27～63)。
[0006]上述方案中，所述石膏为高强石膏粉。
[0007]上述方案中，所述激发剂为硫酸钠、硫酸氢钠、硅酸钠、氯化钠中的一种或多种。
[0008]上述方案中，所述流变改性剂为亲水性气相纳米二氧化硅、可溶性淀粉、羟丙基甲基纤维素、糊精中的一种或多种。
[0009]进一步地，所述亲水性气相纳米二氧化硅的粒径为7
‑
40nm。
[0010]上述方案中，所述触变改性剂为凹凸棒土、淀粉醚、聚酰胺粉末中的一种或多种。
[0011]上述方案中，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
[0012]本专利技术还提供一种石膏基热致缓凝3D打印材料的制备和使用方法，包括以下步骤：
[0013]1)将石膏、激发剂、流变改性剂和触变改性剂混合均匀，得到A组分；
[0014]2)将水和减水剂混合均匀，得到B组分；
[0015]3)使用前，对A组分和B组分进行预热，在保温条件下，按质量比混合后搅拌均匀，
得到石膏基热致缓凝3D打印材料；
[0016]4)使用时，将石膏基热致缓凝3D打印材料在打印前维持保温状态，打印后自然冷却成型。
[0017]上述方案中，所述预热和保温的温度为50～85℃。
[0018]上述方案中，所述搅拌速率为100～250r/min，搅拌时间为2～5min。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术通过对石膏基热致缓凝3D打印材料组分和温度的调节，实现对3D 打印过程中石膏胶凝材料凝结时间的灵活控制。在打印前使3D打印材料维持一定的预热温度，一方面降低了α
‑
半水石膏的溶解度，延缓了水化速率；另一方面在聚羧酸减水剂的参与下，石膏浆体中的Ca
2+
与羧基螯合形成沉淀附着在α
‑
半水石膏表面，降低二水石膏的过饱和度，延长凝结时间；高温和聚羧酸减水剂对延长水化和凝结时间具有协同作用，使石膏胶凝材料的水化和凝结时间可延长至 4～11h，从而延长3D打印材料的可打印时间。在打印后，随打印试件温度的降低，缓凝效果急剧下降，在激发剂的作用下，又可以保证快速凝结并产生强度。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例所用3D打印头的结构示意图。
[0022]图中：1
‑
橡胶垫块；2
‑
步进电机；3
‑
弹簧；4
‑
电机端盖；5
‑
出水口；6
‑
传动轴；7
‑
搅拌叶片；8
‑
进料口；9
‑
双层搅拌筒；10
‑
进水口；11
‑
管塞；12
‑
挤压螺杆；13
‑
电热线圈；14
‑
电磁筒。
具体实施方式
[0023]为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0024]以下实施例中，采用的石膏为高强石膏粉；采用的亲水性气相纳米二氧化硅粒径为7
‑
40nm；采用的可溶性淀粉为分析纯；采用的羟丙基甲基纤维素粘度为 60000Pa
·
s；采用的凹凸棒土为德国巴斯夫Attagel 50触变增稠剂；采用的淀粉醚为羟丙基淀粉醚；采用的减水剂为天津伟合科技发展有限公司WH
‑
A(标准型)聚羧酸减水剂粉剂。
[0025]以下实施例中，采用的3D打印头为保温搅拌挤压一体化装置，其结构示意图见图1，其双层搅拌筒9内充有循环液，使用时将循环液加热一定温度，连接进水口10和出水口5泵送循环液，使双层搅拌筒9维持一定温度；将石膏基热致缓凝3D打印材料A组分和B组分预热后依次从进料口8加入双层搅拌筒9，步进电机2外接搅拌信号对石膏基热致缓凝3D打印材料进行搅拌混合；打印开始后，石膏基热致缓凝3D打印材料通过打印头底部挤出，打印头底部加装有电磁筒14和电热线圈13，电热线圈通电后在电磁筒之间形成交变电磁场，因为电磁感应生热现象，使石膏基热致缓凝3D打印材料挤出过程中不会凝结而造成堵塞，石膏基热致缓凝3D打印材料从打印喷嘴挤出后，在自然冷却和激发剂的共同作用下快速凝结并产生强度，保证3D打印的层层进行。
[0026]实施例1
[0027]一种石膏基热致缓凝3D打印材料，包括A组分和B组分，A组分包括以下质量份数的
原料：高强石膏粉100份、硫酸钠0.5份、亲水性气相纳米二氧化硅1份、凹凸棒土2份；B组分包括以下质量份数的原料：水45份、聚羧酸减水剂0.2份；A组分与B组分的质量比为100：43.67。
[0028]上述石膏基热致缓凝3D打印材料的制备和使用方法，包括以下步骤：
[0029]1)将高强石膏粉、硫酸钠、亲水性气相纳米二氧化硅和凹凸棒土混合均匀，得到A组分；
[0030]2)将水和聚羧酸减水剂混合均匀，得到B组分；
[0031]3)将A组分和B组分预热至70℃，投入图1所示的3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石膏基热致缓凝3D打印材料，其特征在于，包括A组分和B组分，A组分包括以下质量份数的原料：石膏100份、激发剂0～3份、流变改性剂0.1～5份、触变改性剂0.01～3份；B组分包括以下质量份数的原料：水30～60份、减水剂0.01～3份；A组分与B组分的质量比100：(27～63)。2.根据权利要求1所述的石膏基热致缓凝3D打印材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸类减水剂。3.根据权利要求1所述的石膏基热致缓凝3D打印材料，其特征在于，所述石膏为高强石膏粉。4.根据权利要求1所述的石膏基热致缓凝3D打印材料，其特征在于，所述激发剂为硫酸钠、硫酸氢钠、硅酸钠、氯化钠中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的石膏基热致缓凝3D打印材料，其特征在于，所述流变改性剂为亲水性气相纳米二氧化硅、可溶性淀粉、羟丙基甲基纤维素、糊精中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的石膏基热致缓凝3D打印材料，其特征在于，所述亲水性气相纳米二氧化硅的粒径为7

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，黄继云，胡海龙，吕阳，谭洪波，蹇守卫，李相国，马保国，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：