使用高岭石粘土进行3D打印

3D打印快讯
2019
12/03
16:37
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来源:增材之光

在最近发布的《添加少量石灰、粉煤灰和滑石粉的高岭石粘土的3D打印》中,研究人员探索了使用直接墨水书写技术,使用石灰、粉煤灰等多种廉价粉体来创建创新陶瓷。滑石粉在全世界的陶瓷领域都很常见。

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本研究中使用的3D打印机
高岭石是一种粘土材料,是许多国家/地区发现的天然矿物。在以下方面,也通常用作添加剂:
  • 纸涂料配方
  • 陶瓷
  • 塑料制品
  • 粘合剂
  • 医药品


高岭石土原料来源于母岩,母岩可能以花岗岩、流纹岩、正长岩、粗面岩、片麻岩或弧形岩为主。研究人员使用了来自哥伦比亚的高岭石粘土,声称它们是该地区最“丰富”的粘土。

研究人员表示:“当今世界对陶瓷生产的新技术提出了要求,这些新技术使陶瓷工业能够优化能源消耗,并通过在其他应用或工艺中使用这些技术来尽量减少浪费。这是使用替代性陶瓷材料(例如磷酸盐和地聚合物)来容纳大量废物,具有相似目标的传统建筑材料,或开发使用这些未利用材料的新制造工艺的情况。”
研究人员使用石灰(CaO)、粉煤灰(C型)和滑石粉(H2Mg3(SiO3)4)这三种添加剂,发现石灰和滑石粉变成了水合物形式:Ca(OH)2和Mg3 Si4O10(OH)2 。在调查有关其在DIW打印中的性能的同时,他们还评估了以最简单形式使用的所有材料的含水率、烧结时间和含量。
团队测试了机械性能后,为该研究项目打印了样品。
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本次研究中测试的W/C 0.70不同成分的样品概述
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原始添加剂的扫描电镜图像:a)粘土,b)石灰,c)粉煤灰和d)滑石粉
石灰和粉煤灰具有不同的“偏度”,滑石粉样品的结果表明曲线几乎对称。下表显示了所有其他相应的元素数据。

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粉末添加剂及其与高岭石土的组合物的SEM-EDS元素表征
在评估温度时,研究人员发现,随着温度的升高,打印样品的直径和高度会降低。直径上的收缩率比高度上的收缩率低10%,这归因于制造技术的各向异性。密度和压缩强度如下所示。在表面处理方面,确定粉煤灰是高岭石粘土的最佳添加剂。这种添加剂还使3D打印更加容易,从而带来了更多的用户,而且正如研究团队所指出的那样,这可能对社会产生更大的影响。
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通过阿基米德平衡法进行密度测试

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下列各项的抗压强度平均值:a)生粘土和b)含添加剂的粘土

“这些样品是用0.68到0.72之间的水与粘土的比率(W/C)制成的。用3.0、5.0和7.0 wt.%的粘土含量对添加剂进行了测试,结果表明,添加3 wt.%添加剂的样品表现出最好的性能。试验结果还表明,以粉煤灰为添加剂的0.70w/C比试样在加工性能、力学性能和表面光洁度等方面均为最佳。

粉煤灰是最好的选择,研究人员将其与形状、分布和化学作用联系起来。他们发现,虽然单靠其自身的可塑性不足以产生足够坚固的结构,以承受搬运和干燥,但通过粘土的结合,他们能够打印和生产复杂的样品。

“这项研究中介绍的工艺和材料为传统行业提供了在实施增材制造方面进行真正思考的可能性,以补充传统方法,这也可以成为公司的创新路线。而且,工艺和材料都适合个人。”研究人员总结道。


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