3D打印粘土基材料

3D打印粘土的时候，有这么几个关键步骤。首先是粘土浆体的输送环节。粘土基材料会从料筒里被挤出来，这得靠空压机或者螺杆挤出机来帮忙，它们就像是“运输小助手”，把粘土基材料通过输送管道送到打印喷嘴那儿，然后从喷嘴挤出，就形成了一条条粘土条。这里面，输送管道直径、打印喷嘴直径还有挤出压力这些参数对粘土基材料能不能顺利输送特别重要，料筒直径的影响倒是比较小。接着呢，打印喷嘴一边移动，一边挤出粘土浆体。这两个动作得配合好，就像跳舞一样，得有个合适的节奏，这样打印出来的粘土试件才会均匀好看。现在最常用的是 xyz 三轴移动控制系统来控制打印喷嘴的移动，当然，还有基于极坐标系的旋转移动控制系统，以及在工业领域常用的六轴机械臂移动控制系统。然后就是添加配制钢筋这一步，这可不容易，特别麻烦，还得花好多人力成本。所以很多科学研究都跳过这一步。有些企业和学者试着用传统施工工艺里的配筋方法，给内部有空隙的 3D 打印结构构件轮廓配筋，可这么做会让 3D 打印的效率大打折扣。为了解决这个问题，各国学者都在努力研究。Behrokh Khoshneivis 设计了一种奇怪形状的钢筋，这种钢筋能和浆体的 3D 打印同步进行；Viktor Mechtcherine 提出了一种在打印时用焊接方法同步添加配制钢筋的工艺，还做了试验，证明这个工艺可行。现在，为了让没加钢筋的 3D 打印粘土基材料更结实、更有韧性，最有效的办法就是往里面加纤维。不过加了纤维也会有新麻烦，像粘土浆体的流动性会变，纤维还可能分散不均匀。

粘土在建筑里可是老材料了，用它来搞建筑 3D 打印，能让 3D 打印材料的种类更多，所以很有意义。现在很多研究单位的打印喷嘴和输送管道尺寸都比较小，如果往粘土浆体里加大尺寸的砾石，浆体就很难传输和挤出。所以现在大家主要都在研究水泥 - 粘土浆体、自密实粘土基混凝土和超密实粘土的 3D 打印。现在研究用的 3D 打印粘土基材料里有这些成分：粘土基材、拌和水、用来调节强度的成分、调节浆体流动性的成分，还有增强增韧的纤维。粘土一般是水合硅铝酸盐的混合物，SiO2 / Al2O3 的比例在一定范围。高岭石粘土是很常见的一种，它的分子式是 2SiO2·Al2O3·2H2O。纤维呢，有稻草纤维、亚麻纤维、聚丙烯纤维这些。为了让 3D 打印粘土基材料能顺利工作，还得加外加剂，像生物聚合物，海藻酸盐、羟丙基甲基纤维素等，这样它的泵送性能和堆积性能才好。有时候为了提高力学性能，还会加些水硬性粘结剂。除了普通的粘土粉末材料，还有人研究出了其他适合 3D 打印的粘土基材料。

Claudiane M 他们在矿物土壤里加高效减水剂，把粘土浆体的屈服应力降下来，又加了 1％的聚羧酸盐醚超塑化剂和 5％的硫铝酸钙水泥，研究粘土浆体的流变性能，这给粘土基材料的开发提供了新想法。后来好多学者都开始研究地质聚合物 3D 打印。地质聚合物很耐用，还环保，很多人觉得它以后能代替水泥做建筑材料。虽然它的硬化机理和传统水泥基材料不一样，但它的挤出堆积式 3D 打印工艺和水泥基材料差不多，都经常用来做大尺寸建筑构件。 

• 上一篇：技术成果与材料创新大扫描
• 下一篇：性能提升与制备挑战的攻克之路