研究员研制出用于3D打印的新型煅烧粘土基水泥

aau讯（编辑 凌琦韵）近日，来自代尔夫特理工大学的一组研究人员研制出一种用于挤出3D打印的新的煅烧粘土基水泥。与传统水泥相比，新型材料具有更强的流动一致性、更强的可建造性和更强的水合特性，这对于实现精确挤出的关键。

低等级（左）和高等级（右）煅烧粘土的电子显微图。

混凝土3D打印

用混凝土进行3D打印是增材制造行业的一个较为特殊的领域之一，但与传统模板相比，它无疑具有优势。其完全消除了实际构建模板的需要，而且看似不可能完成的复杂几何建筑比以往任何时候都更容易完成。混凝土3D打印机还可以在很大程度上优化材料使用，削减成本并减少打印过程中的浪费。

除了打印机，用于建造结构的水泥可能是影响其质量的最关键因素。3D可打印混合物需要表现出稳定的流动性和低粘度，这意味着它们应该以恒定的速度挤压，并在凝固后保持在原位。有时，低质量的水泥混凝土一旦被更多层堆积在其上，就会导致“下陷”，失去形状稳定性和随后的尺寸精度。

煅烧粘土基水泥

为了研制出具有优良机械性能和打印性能的水泥混合物，研究人员研究了煅烧粘土—粘土在850°C的炉中经过长时间的喷砂处理。它以其出色的抗压强度和成本效益而闻名，使其成为标准混凝土的极具吸引力的替代品。

这项研究涉及对两种不同等级的煅烧粘土进行试验，高等级粘土（含量95%的偏高岭土）和低等级粘土（含量50%的偏高岭土）。这两种等级的粘土以不同的比例与波特兰水泥混合，并在大学实验室的定制挤出机上打印出来。该设备包括一个输送泵，以及连接到一个大的CNC操作台上的材料软管和喷嘴。

实验室自定义打印装置。

值得一提的是，该团队发现将高纯度含量从0wt%提高到50wt%，可以在增加混合物尺寸稳定性的同时最大化流动一致性。这种可建造性的增强是由于较高的煅烧粘土含量降低了平均粒间距离。这在以前，这是有成本的，因为打印的样品在七天之后抗压强度会变得较低。研究人员现在相信，他们可以微调配方，在不牺牲强度的情况下最大化的优化打印性能。

煅烧粘土-水泥印纹试验。

关于此研究的更多细节可以查看题为”不同等级的煅烧粘土对用于3D打印的三元混合胶凝材料的硬化性能的影响””的论文。该论文由Yu Che、 Claudia Romero Rodriguez、Zhenming Li、Boyu Chen、OğuzhanÇopuroğlu、 Erik Schlangen共同撰写。

3D打印混凝土一直是学术界研究的热点问题。南洋理工大学的科学家们开发了一个专门用于3D打印混凝土的单机器人工业平台，六轴机械臂能够打印出不同尺寸的结构单件。诸如此类的研究的最终目的是加速整个领域向前发展。

这不仅仅是学术领域，德克萨斯州的ICON建筑公司最近与美国政府支持的国防创新部门合作，在彭德尔顿海军基地进行3D打印混凝土结构。两家公司最初训练了8名海军陆战队员使用ICON公司的混凝土3D打印机，并在36小时内成功地打印出整个汽车外框架结构。