研究了不同掺量的玄武岩纤维对3D打印再生水泥基材料工作性与力学性能的影响。结果表明:当玄武岩纤维掺量为0.3%~0.5%时,可满足3D打印所需的流动性、可挤出性、可建造性、凝结时间等要求,且所制备的3D打印再生水泥基材料的抗压与抗折性能均较好。

基于国内外现有研究成果,阐述了3D打印混凝土的增强技术、材料性能以及硬化性能三部分内容,指出了3D打印技术在当前应用中存在的关键问题,并提出了今后的重点研究方向。

为更好地控制混凝土3D打印构件的成型质量,从构件造型实现程度、成型精度、表面纹理质量、力学性能、非薄壁构件的填充质量等方面介绍了混凝土3D打印质量评价指标。结合混凝土3D打印技术流程,研究了影响3D打印质量的主要因素,如打印材料、打印设备、控制系统、切片及路径规划算法、控制参数、打印环境条件等。并针对主要影响因素,采用定性分析与理论分析相结合的方法,提出了其相应的质量控制方法。

为了制备性能良好的3D打印胶凝材料,用碱激发剂对粉煤灰/矿渣胶凝材料进行激发得到了满足可打印性和力学性能的基础材料,并分析了影响胶凝材料性能的最主要因素,基于微观试验结果分析了粉煤灰和碱激发剂对胶凝材料性能的影响机理。结果表明:基础材料的合适掺量和组成为:粉煤灰30%、碱胶比0.56%、碱含量5%、激发剂模数1.0;宜选用CaO含量适中的矿渣,激发剂静置时间应为48 h;影响胶凝材料流动性和力学性能的最主要因素为碱含量;相比于纯矿渣胶凝材料,粉煤灰的掺入使材料表面出现微裂缝,使其强度降低,而碱激发剂的掺入,增强了胶凝材料的密实性,提高了强度。

基于目前粉末3D打印水泥基材料研究成果,综述了打印墨水特性(黏度、表面张力、渗入度等)、粉末特性(粒径分布、矿物掺合料、密实度等)和打印参数(层厚、路径、打印速度等)对水泥基材料粉末3D可打印性及其力学性能的影响规律,并分析了粉末3D打印水泥基材料在建筑行业应用遇到的问题,可为粉末3D打印水泥基材料关键技术在建筑工程领域的应用与发展提供参考。

为了解决沙漠砂在3D打印混凝土应用过程中存在黏聚性和保水性差、打印性能不良的问题,研究了4种不同掺量外加剂复掺对3D打印沙漠砂混凝土的流动性、凝结时间、建造性和可挤出性的影响。结果表明,沙漠砂作为骨料进行混凝土3D打印是可行的,通过掺入适量的减水剂(PCE)、纤维素醚(HPMC)、可再分散性乳胶粉(EVA)和速凝剂(CA)可有效改善混凝土的可打印性能。当沙漠砂混凝土的流动度在155~180 mm、贯入阻力在10~30 kPa范围内时,其性能满足3D打印混凝土的技术要求;当沙漠砂混凝土的流动度在160~165 mm、贯入阻力在17~23 kPa范围内时,其具有优异的可打印性能。

用陶砂部分替代河砂制备了3D打印砂浆,并对该砂浆的流动性、抗压强度以及微观孔结构进行了研究。试验结果表明:砂浆的流动度在170~180 mm时具有良好的可打印性;随陶砂掺量的增加,3D打印砂浆的抗压强度降低,当陶砂的体积掺量为30%时,砂浆试件28 d的抗压强度为14.7 MPa;随着陶砂掺量的增大,砂浆3 d龄期的孔隙率呈现先增大后减小的趋势,其中,陶砂体积掺量为30%时,砂浆的孔隙率最小,此时无害孔和少害孔所占的比例最大。

研究了石材加工产生的废石粉替代部分水泥对3D打印水泥砂浆性能的影响。结果表明:总体上,随着废石粉掺量的增加,砂浆的流动度降低,静态屈服应力提高,但凝结时间变化不明显;通过调整减水剂掺量可以改善废石粉对3D打印水泥砂浆流动性和可建造性的不利影响;废石粉的掺入对3D打印水泥砂浆的力学性能和层间界面黏结强度不利。

3D打印作为一项先进制造技术,近年来在全世界得到了广泛的重视和发展,打印速度是限制3D打印技术发展的重要瓶颈之一。介绍了限制3D打印速度的主要因素,从打印设备、控制策略、成型工艺方法等方面论述了提高3D打印速度的方法和措施,为今后提高3D打印速度的研究提供了方向和思路。

分析国内外武器装备维修现状,提出运用3D打印技术实现军工零件的快速维修。通过对结构、材料的双重拓扑优化,将组合件通过3D打印技术一体成型,省去了装配环节,节约成本、时间,达到轻量化的效果。结合战地抢修要求和3D打印技术工艺特点,为将3D打印技术应用在武器装备维修上提供了新思路。