使用高嶺石粘土進(jìn)行3D打印

來(lái)源：增材之光

在最近發(fā)布的《添加少量石灰,、粉煤灰和滑石粉的高嶺石粘土的3D打印》中，研究人員探索了使用直接墨水書寫技術(shù),，使用石灰、粉煤灰等多種廉價(jià)粉體來(lái)創(chuàng)建創(chuàng)新陶瓷�,；�石粉在全世界的陶瓷領(lǐng)域都很常見(jiàn)。

本研究中使用的3D打印機(jī)

高嶺石是一種粘土材料,，是許多國(guó)家/地區(qū)發(fā)現(xiàn)的天然礦物,。在以下方面，也通常用作添加劑：

• 紙涂料配方
• 陶瓷
• 塑料制品
• 粘合劑
• 醫(yī)藥品
  

高嶺石土原料來(lái)源于母巖,，母巖可能以花崗巖,、流紋巖、正長(zhǎng)巖,、粗面巖,、片麻巖或弧形巖為主,。研究人員使用了來(lái)自哥倫比亞的高嶺石粘土，聲稱它們是該地區(qū)最“豐富”的粘土,。

研究人員表示：“當(dāng)今世界對(duì)陶瓷生產(chǎn)的新技術(shù)提出了要求,，這些新技術(shù)使陶瓷工業(yè)能夠優(yōu)化能源消耗，并通過(guò)在其他應(yīng)用或工藝中使用這些技術(shù)來(lái)盡量減少浪費(fèi),。這是使用替代性陶瓷材料（例如磷酸鹽和地聚合物）來(lái)容納大量廢物,，具有相似目標(biāo)的傳統(tǒng)建筑材料，或開(kāi)發(fā)使用這些未利用材料的新制造工藝的情況,�,！�
研究人員使用石灰（CaO）、粉煤灰（C型）和滑石粉（H2Mg3（SiO3）4）這三種添加劑,，發(fā)現(xiàn)石灰和滑石粉變成了水合物形式：Ca（OH）2和Mg3 Si4O10（OH）2 ,。在調(diào)查有關(guān)其在DIW打印中的性能的同時(shí)，他們還評(píng)估了以最簡(jiǎn)單形式使用的所有材料的含水率,、燒結(jié)時(shí)間和含量,。
團(tuán)隊(duì)測(cè)試了機(jī)械性能后，為該研究項(xiàng)目打印了樣品,。

本次研究中測(cè)試的W/C 0.70不同成分的樣品概述

原始添加劑的掃描電鏡圖像：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”,，滑石粉樣品的結(jié)果表明曲線幾乎對(duì)稱,。下表顯示了所有其他相應(yīng)的元素?cái)?shù)據(jù)。

粉末添加劑及其與高嶺石土的組合物的SEM-EDS元素表征

在評(píng)估溫度時(shí),，研究人員發(fā)現(xiàn),，隨著溫度的升高，打印樣品的直徑和高度會(huì)降低,。直徑上的收縮率比高度上的收縮率低10%,，這歸因于制造技術(shù)的各向異性。密度和壓縮強(qiáng)度如下所示,。在表面處理方面,，確定粉煤灰是高嶺石粘土的最佳添加劑。這種添加劑還使3D打印更加容易,，從而帶來(lái)了更多的用戶,，而且正如研究團(tuán)隊(duì)所指出的那樣，這可能對(duì)社會(huì)產(chǎn)生更大的影響,。

通過(guò)阿基米德平衡法進(jìn)行密度測(cè)試

下列各項(xiàng)的抗壓強(qiáng)度平均值：a）生粘土和b）含添加劑的粘土

“這些樣品是用0.68到0.72之間的水與粘土的比率（W/C）制成的,。用3.0、5.0和7.0 wt.%的粘土含量對(duì)添加劑進(jìn)行了測(cè)試,，結(jié)果表明,，添加3 wt.%添加劑的樣品表現(xiàn)出最好的性能,。試驗(yàn)結(jié)果還表明，以粉煤灰為添加劑的0.70w/C比試樣在加工性能,、力學(xué)性能和表面光潔度等方面均為最佳,。

粉煤灰是最好的選擇，研究人員將其與形狀,、分布和化學(xué)作用聯(lián)系起來(lái),。他們發(fā)現(xiàn)，雖然單靠其自身的可塑性不足以產(chǎn)生足夠堅(jiān)固的結(jié)構(gòu),，以承受搬運(yùn)和干燥,，但通過(guò)粘土的結(jié)合，他們能夠打印和生產(chǎn)復(fù)雜的樣品,。

“這項(xiàng)研究中介紹的工藝和材料為傳統(tǒng)行業(yè)提供了在實(shí)施增材制造方面進(jìn)行真正思考的可能性,，以補(bǔ)充傳統(tǒng)方法，這也可以成為公司的創(chuàng)新路線,。而且,，工藝和材料都適合個(gè)人�,！毖芯咳藛T總結(jié)道,。