石膏的直写成型:可打印石膏浆料的研制

摘要

石膏是雕像、建筑和铸造模具(合金和陶瓷)的常用材料。采用直写成型(Direct Ink Writing, DIW)打印石膏可避免其他3D打印技术(如Binder Jetting,PBBJ等)中存在水化反应不充分等问题,获得高强度3D打印石膏。为了延缓水化反应获得充足的打印操作时间,本研究通过添加缓凝剂和增稠剂,研制了一种适用于直写成型的石膏浆料,并打印了多种石膏三维结构(如蜘蛛网和木材堆积结构等)。结果表明,质量分数为0.6%柠檬酸(Citric Acid, CA)的缓凝效果最好,极大地减少了石膏流动性的经时损失。质量分数为0.3%羟丙基甲基纤维素(Hydroxypropyl Methylcellulose, HPMC)的增稠效果最好,使石膏浆料具有良好的打印性能。CA的选择性吸附使得石膏晶体定向生长,延长水化反应时间,但一定程度降低石膏强度。HPMC加速石膏浆料中絮凝结构形成,导致其粘度和剪切弹性模量升高。直写成型3D石膏件的抗压强度约为20 MPa,远高于PBBJ等方法制备的石膏件的抗压强度。