水泥3D打印中试设备及工艺设计研究

• 作 者: 陈勇
• 机 构: 南京工业大学
• 出 处: 南京工业大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 水泥3D打印 中试设备系统 最优配合比 喷头结构 工艺参数

水泥3D打印因其材料的配合比、成型机、打印工艺等方面发展的不成熟，其成型质量较差。为提高成型质量，拓展水泥3D打印的应用范围，在实验室前人的研究基础上设计了水泥3D打印的中试设备，优化了相关工艺。该中试装备缩小了打印装备的体积，并将实验室打印和大规模打印联系起来，为后续大规模打印提供了理论及参考依据。本文主要研究分述如下:　　设计了中试设备系统。根据现有的选型经验方法，以顺利挤出混凝土条为目的，对混凝土搅拌机、混凝土泵、速凝剂计量添加装置和水泵进行了计算选型。设计了溢流装置、速凝剂添加装置和速凝剂均匀装置的结构。以上设计能使中试设备系统基本实现自动供料功能。　　分析了水泥3D打印喷头的结构，确定了较为适合的喷头结构。以喷头的出口段直径、过渡角、入口段长度、出口段长度为因素，设计了均匀试验，对喷头结构进行了尺寸改进，得到了一组较优的喷头结构参数。通过试验验证，改进后的喷头结构具有较优的挤出性能。　　优化了水泥3D打印配合比的工艺参数。以流动性和凝结时间为指标，通过控制变量法对配合比工艺参数分别进行分析，得出了这些工艺参数对此二指标的影响规律。设计了均匀试验，以层次分析法分析权重，得出了综合结果，并用Excel进行回归分析，得到了回归方程，得出了最优配合比工艺参数。通过试验验证，改进后的配合比工艺参数能有效提高混凝土条的成型质量。　　改进了影响水泥3D打印的主要工艺参数。分析了影响水泥3D打印成型缺陷及其机理，得到了影响成型质量的主要工艺参数。以尺寸精度及表面质量为指标，进行了正交试验。对试验结果进行了单指标评判，得到了二指标分别最优的工艺参数。以矩阵分析法进行多指标综合评判，得出了二指标综合最优的工艺参数。通过试验验证，该综合最优组合能有效提高水泥3D打印的成型质量。　　通过设计中试设备及优化工艺为水泥3D打印提供了可行的打印设备及工艺参数，提高了水泥3D打印成型件的成型质量，为水泥3D打印的应用推广提供了一定的理论基础和实践指导。