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        3D打印混凝土力學各向異性與細觀破損機制研究

        2021-06-16 09:40:14李巖峰馬國偉
        公路交通科技 2021年5期
        關(guān)鍵詞:層間成型試件

        李巖峰,姚 亮,王 里,3,馬國偉,3

        (1.河北工業(yè)大學 土木與交通學院,天津 300401; 2.堯柏特種水泥技術(shù)研發(fā)有限公司,陜西 西安 710100;3.河北省建筑3D打印工程研究中心,天津 300401)

        0 引言

        近年來,3D打印(3D concrete printing, 3DCP)在高性能水泥基復合材料[1-6]、建造工藝[7-8]、和成型裝備[9-10]等方面取得顯著研究進展,因其靈活化、快速化和低碳化的建造優(yōu)勢在橋梁、房建、基礎設施、混凝土路面快速修復等領(lǐng)域取得了成功應用,表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿11-14]。隨著3DCP的推廣應用,其作為受力結(jié)構(gòu)的承載性能愈加重要。然而,區(qū)別于傳統(tǒng)的模板澆注過程,3D打印過程中逐層疊加的成型方式,在材料持續(xù)擠出和堆疊的過程中難以避免地引入一定量的弱黏結(jié)面及空隙,且在材料沉積過程中沒有外力振搗,層間界面變得更加明顯,如圖1所示。層間弱面包含垂直堆疊方向的層間弱面、打印中斷或?qū)娱g間隔較長的層間弱面、水平方向的層間弱面。無模增材建造過程是3D打印的固有屬性,難以通過材料、工藝的手段徹底消除弱面的存在。為了降低層間弱面給結(jié)構(gòu)帶來的負面影響,常根據(jù)弱面特點,從優(yōu)化原材料與配合比、合理設置打印參數(shù)、增強后期養(yǎng)護、使用界面增強材料、精確地、實時地量化和平衡擠出速度、打印速度等方面進行調(diào)控[18]。

        圖1 3D打印路徑形成的層間界面與空隙Fig.1 Interface and voids formed by 3D printing path

        層間界面在一定程度上成為打印結(jié)構(gòu)潛在的缺陷,承受荷載的過程中,導致打印材料產(chǎn)生不協(xié)調(diào)的變形、不連續(xù)的力學性能,易因應力集中而發(fā)生破裂,裂縫會向界面處擴展匯聚,進而削弱了結(jié)構(gòu)的整體承載能力和長期耐久性能。另外,層間界面導致了打印材料的細觀非均質(zhì)性,使打印結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出顯著的力學各向異性[15-17]。硬化水泥漿體的性能受其微觀結(jié)構(gòu)和澆注方式影響,孔隙/空隙特征、微觀產(chǎn)物與結(jié)構(gòu)等都會影響硬化水泥基材料的力學性能。分析和評價3D打印材料的力學各向異性以及細觀結(jié)構(gòu)對3D打印材料的性能優(yōu)化設計以及結(jié)構(gòu)化應用具有重要的意義。

        目前,國內(nèi)外不同的研究機構(gòu)參考不同的行業(yè)規(guī)范開展了建筑3D打印的應用研究,工程應用案例在近來呈快速發(fā)展的趨勢。作為3D打印的材料基礎,3D打印混凝土的設計與工藝同樣面臨方法眾多,尚未有統(tǒng)一的表征方法。但是依據(jù)國內(nèi)外知名研究機構(gòu)和課題組在3D打印材料制備方面的研究成果[18-19],凝結(jié)時間試驗和跳桌試驗可基本判定材料的可打印性能。

        因界面問題誘發(fā)生成的裂縫將會大大削弱結(jié)構(gòu)的整體承載能力和長期耐久性能。為此,本研究為將3D打印應用于工程實踐,特研發(fā)配制了一種特種水泥。該特種水泥具有快凝、早強、抗開裂、抗收縮的優(yōu)點。借助配制的特種3D打印水泥基復合材料,利用3D打印機械臂制備力學試樣,并進行了力學各項異性的試驗分析和細觀損傷機理解釋,闡明3D打印混凝土力學各向異性的細觀破損機制,對3D打印材料的性能優(yōu)化設計以及結(jié)構(gòu)化應用具有重要的意義。

        1 試驗方法

        1.1 3D打印混凝土材料

        制備3D打印混凝土,膠凝材料選用高貝利特硫鋁酸鹽水泥(HB-CSA)、52.5白色普通硅酸鹽水泥(P.O 52.5)和白色硅灰(SF),細骨料采用粒徑0.18~0.55 mm的石英砂(SS),此外還使用了一定量的石英粉(SP),各原材料的粒徑分布曲線見圖2。可以觀察到白水泥和石英粉有相近的粒度特征,石英粉可以在不影響白水泥和高貝利特硫鋁酸鹽水泥比例的情況下補足這一粒度區(qū)間所需要的顆粒級配,起到填充微孔以增加打印材料密度的作用。外加劑采用聚羧酸酯基高效減水劑(含固量8%,減水率24%),摻量為總質(zhì)量的0.45%,設置水灰比為0.35。同時加入了1.5%的玄武巖纖維(BF)以提升抗收縮和抗開裂能力。打印材料的制備選取的粉末類和細集料類原材料均為白色或灰白色,在滿足3D打印擠出工藝需求的基礎上,提升了打印材料的美觀性,3D打印材料的配合比如表1所示。

        圖2 各原材料的粒徑分布曲線和粒徑累計曲線Fig.2 Particle size distribution and particle size accumulation curves of raw materials

        表1 3D打印水泥基材料配合比(單位:%)Tab.1 Mix proportion of 3D printing cement(unit:%)

        按表1配制出的特種3D打印混凝土材料,具有快凝,早強,抗開裂、抗收縮特性。配制的特種打印材料,可打印性能依據(jù)凝結(jié)時間試驗和跳桌試驗進行判定。材料的設計與工藝可詳閱在3D打印材料制備方面的研究成果文獻[19]。據(jù)此,本研究中材料經(jīng)反復調(diào)試,并在打印噴嘴直徑為30 mm,單層打印耗時3 min的打印工藝條件下,確定初凝時間85~90 min,終凝時間為110~120 min,擴展度控制在170~210 mm。

        1.2 3D打印混凝土材料制備

        依據(jù)表1所制備的水泥基復合材料,依據(jù)貫入阻力實驗測得其初凝時間為85~90 min,終凝時間為110~120 min。并使用滑軌式機械臂3D打印機進行試打印以驗證,所制備復合材料的擠出性、建造性、凝結(jié)時間等均與自主研發(fā)的機械臂滑軌式3D打印工藝匹配兼容,具有通暢均勻的可擠出性和穩(wěn)定的可建造性,本研究不再討論其可打印性的量化和評價,具體方法可參見文獻[18-19]。設計跨度2.2 m,厚度0.18 m,高度0.5 m的拱形結(jié)構(gòu)構(gòu)件。使用機械臂3D打印機打印拱形構(gòu)件,打印過程如圖3(a)所示,打印噴頭為圓形,直徑30 mm,打印線速度80 mm/s,打印層厚為10 mm。打印完成的拱型構(gòu)件如圖3(b)所示,灑水養(yǎng)護28 d后機械切割成試驗所需的尺寸用于力學性能測試。

        圖3 拱形構(gòu)件3D打印過程及打印完成Fig.3 Three-dimensional printing process and completion of arch component

        1.3 力學各向異性測試:

        根據(jù)打印路徑,將打印坐標分為X,Y,Z3個方向。X方向為拱厚度方向,Y方向為沿拱軸線方向,Z方向為拱高度方向,即打印層疊加方向。3D打印切割件共3種,第1種為100 mm×100 mm×100 mm的立方體,用于抗壓強度和劈拉強度測試,從X,Y,Z3個方向加載;第2種為100 mm ×100 mm×400 mm的棱柱體,用于三點彎抗折強度測試,從X和Z兩個方向施加彎曲荷載;第3種為100 mm×100 mm×300 mm的棱柱體,用于彈性模量測試,從Y方向和Z方向施加荷載。與此同時,將3D打印件材料澆注至模具中,制備對比試件,灑水覆蓋養(yǎng)護24 h脫模后放入標養(yǎng)室養(yǎng)護28 d。澆注成型和切割成型的打印試件具有相同的幾何尺寸,力學測試方案如圖4所示。彈性模量測試時,3D打印和澆注棱柱體試件每組均為6個,其中3個做軸壓測試,3個做彈模測試。

        圖4 3D打印混凝土力學測試方案Fig.4 Mechanics test scheme of 3D printing concrete

        1.4 破壞過程細觀測試

        3D打印混凝土材料的破裂發(fā)生和發(fā)展過程的關(guān)鍵在于相鄰層之間界面的黏結(jié)強度,為了清晰地捕捉層間弱面與裂縫擴展延伸的相互關(guān)系,開展圓盤徑向劈拉試驗。在徑向集中荷載作用,將產(chǎn)生徑向的單一宏觀劈拉裂縫,較易用于研究裂縫與層間界面的空間關(guān)系。在圖5所示的3D打印異型構(gòu)件的頂側(cè)墻上鉆孔取樣,打印路徑為上下層互相垂直,打印頭出料成型單條寬度40 mm,厚度10 mm。樣品直徑100 mm,厚度40 mm,共包含4層打印層。對打印圓盤試樣,分別加載0,7 kN和8.4 kN 3個荷載等級,在每個階段下,取下試樣放CT掃描機上對內(nèi)部細觀結(jié)構(gòu)及空隙情況進行掃描分析,以觀察內(nèi)部裂縫走勢及分析裂縫發(fā)展規(guī)律。使用X射線顯微鏡(XRM),Zeiss Xradia 510 Versa,通過設置雙級放大倍率提高掃描分辨率。

        圖5 3D打印混凝土CT細觀分析Fig.5 Meso analysis of 3D printing concrete through CT scanning

        2 強度與分析

        2.1 力學強度分析

        圖6(a)為3D打印成型和澆注成型試件的抗壓強度測試值。對抗壓強度而言,從Z方向壓縮的打印試件強度相對較高為63.4 MPa,略低于澆注材料的64.2 MPa。而且,3D打印材料的3個加載方向,表現(xiàn)出不同的抗壓強度,從X和Y方向加載的抗壓強度值為58.9 MPa和61.2 MPa,分別低于打印Z強度的7.1%和3.5%。對于壓縮試驗,從X方向加載,壓力平行于XY打印界面延伸方向;而從Y方向壓縮,壓力則平行于XZ打印路徑界面。而從Z方向壓縮,壓力則平行于XZ打印路徑界面。盡管成型方式和加載方向的不同,會影響抗壓測試結(jié)果,但總體上抗壓強度的差異性并不是很大。這說明,對所制備的打印材料,層間弱面在承受壓力時,對強度的削弱作用不明顯。

        圖6 3D打印混凝土的力學各向異性測試Fig.6 Mechanical anisotropy test of 3D printing concrete

        圖6(b)為3D打印成型和澆注成型試件的抗折強度測試結(jié)果。澆注材料的抗折強度最高為11.0 MPa,分別高于打印Z和打印X的69.2%和89.6%。打印材料從Z方向加載測得的強度高于打印X的12.1%。對劈拉強度,打印Z、打印Y、打印X的劈拉強度測試值為2.33,1.83,1.80 MPa,分別低于澆注試樣的24.1%、40.4%和41.4%。從Z方向加載時,打印材料表現(xiàn)出最高的劈拉強度,分別比從Y和X方向加載高27.3%和29.4%。打印Y的劈裂強度也略高于打印X。

        相比于抗壓試驗,打印成型與澆注成型材料在抗折測試結(jié)果的差異性較大。這說明,打印路徑引入的內(nèi)部細觀缺陷對材料的彎折承載性能發(fā)揮了更為顯著的削弱作用。相對于受壓荷載,打印路徑形成的層間弱黏結(jié)面更易在拉力或者剪切力的作用下發(fā)生損傷并產(chǎn)生微裂縫。彎折試驗測試過程中,試件下半部分承受拉應力。沿Z方向彎折加載時,平行于XY平面的層間弱面承受拉力;而沿X方向加載時,平行于XZ平面的層間弱面承受拉力。XY平面為垂直方向建造時形成的層間弱面,XZ平面為水平方向建造時形成的層間弱面。相對于水平向建造的層間界面,垂直堆疊方向的層間界面黏結(jié)可在材料自重和噴頭擠壓作用下得到改善和提高,表現(xiàn)出相對較高的層間黏結(jié)強度。

        圖6(c)為3D打印成型和澆注成型試件的劈裂強度測試結(jié)果。打印成型材料與澆注成型材料的劈拉強度也存在相對較大的差異。從X,Y,Z3個方向加載測得的劈拉強度分別為澆注試樣的58.6%、59.6%和75.9%。無論從哪個方向加載,劈拉應力均沿層間弱面的延伸方向傳播,層間弱面在劈拉應力的作用下,易發(fā)生破裂而導致試件破壞,削弱了打印材料的劈拉承載性能。

        3D打印成型試件在3個正交方向加載測得的抗壓、抗彎個劈裂強度均不相同,表現(xiàn)出明顯的力學各向異性的特征。這主要是由于打印中逐行逐層的材料堆疊的固有成型屬性,造成了細觀非均質(zhì)性。非均質(zhì)性與打印工藝直接相關(guān)聯(lián),打印噴頭的口徑、打印路徑規(guī)劃、打印的層厚、打印的層間間隔等均是導致細觀非均質(zhì)性的直接因素。對于使用同一材料制備相同幾何模型,噴頭口徑、層厚越小,則層間間隔越長,層間界面數(shù)量越多,黏結(jié)越差,則非均質(zhì)性也越顯著。除此之外,層間弱面的延伸方向與承受的外部荷載的傳遞方向間的關(guān)系,也是導致打印材料力學各向異性的原因。整體上,打印成型材料的各項力學強度均低于澆注試件。這主要是由于打印路徑引入的層間弱黏結(jié)以及空隙的削弱了材料的連續(xù)性和密實度,在外部荷載作用下,微細觀缺陷處易因應力集中而積累損傷,進而誘發(fā)裂縫破裂。就打印材料而言,從Z方向加載時,打印材料各向強度測試值均為最高,這可能是由于Z方向為打印層堆積方向,受材料自重和噴頭擠壓作用的影響,密實度相對較高,因此強度最高。

        2.2 彈模試驗分析

        3D打印材料的彈性模量及泊松比如表2所示。彈性模量E1,E2,E3和泊松比μ1,μ2,μ3對于打印成型方式來說,分別表示X,Y,Z方向的平均值;對于澆注成型方式來說,分別表示3個平行試樣測試值。逐層疊加的成型方式同樣會影響水泥基復合材料的變形特征。對于打印成型的材料,3個正交方向的彈性模量的具有相對較大的差異性,而且均低于澆注成型的試樣。同時,3個正交方向的泊松比也比澆注成型的試樣低。這說明相同的荷載作用下,3D打印試樣的變形高于澆注成型的試樣。這應該是由于3D打印試件內(nèi)部含有較多的工藝過程產(chǎn)生的空隙以及層間弱結(jié)合面所致。

        表2 3D打印水泥基材料彈性模量與泊松比Tab.2 Elastic modulus and Poisson’s ratio of 3D printing cement-based material

        2.3 細觀結(jié)構(gòu)與力學各向異性形成機制

        圖7顯示了3D打印混凝土試件的三維重構(gòu)模型,以及在XZ,YZ和XY平面的CT圖像切片。在CT圖像中,以不同的灰度值來表征和區(qū)分不同的物質(zhì),較暗的區(qū)域表示密度小的物質(zhì),如氣孔、含水的孔隙等,灰色部分對應于水泥基體。從CT切片中可以清晰看到,有大孔、微孔、層間縫隙(通道)等微觀的缺陷??傮w上,3D打印混凝土材料的細觀缺陷總共可分為4類:

        圖7 3D打印混凝土式樣的CT切片以及三維重構(gòu)Fig.7 CT slices and 3D reconstruction of 3D printing concrete patterns

        (1)層間界面:由于相鄰打印層之間存在層間間隔,這些微孔多小于100 μm,它們多位于豎直向?qū)娱g的打印帶之間的界面區(qū)域。

        (2)菱形空隙:在水平向條帶間界面形成相對較大的空隙:4個半圓形打印條帶之間形成間隙將具有菱形橫截面(沿著打印條帶的軸線觀察時)。通常比100 μm寬,長度在很小到10 mm范圍變化,大都位于同一層相鄰打印帶之間。這些大孔就是當材料從噴嘴被擠出時,打印帶寬度的變化結(jié)果,這種變化主要是水泥基復合材料的局部性質(zhì)不一致的結(jié)果。

        (3)3D打印材料基體內(nèi)孔隙:基體孔隙的形成則是由于水泥等膠凝材料水化過程中以及攪拌過程中產(chǎn)生的固有的微細觀缺陷。由于打印成型是無振搗的過程,氣泡難以有效排出。因此,打印材料的基質(zhì)孔隙率要高于澆注振搗成型材料。

        (4)3D打印條帶間界面過渡區(qū):擠出型混凝土3D打印過程中,新拌水泥基材料在泵送管道和擠出裝置內(nèi)流動,剪切應變在橫截面中心處最小,在管道外壁最大,膠凝材料則傾向于向中心集中,使外側(cè)區(qū)域水分含量相對較高,形成潤滑層/水膜。在材料擠出成型后,水膜的存在造成了材料的不連續(xù),削弱了打印材料相鄰層間的黏結(jié)性能,進而促進了層間弱面的形成。

        在打印過程中,水平向建造的層間的界面是打印工藝引起的最為嚴重的材料細觀缺陷,甚至成為宏觀的缺陷。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因,是由于材料與打印工藝的不適應性造成的。在打印路徑設計時,水平方向的線性打印速度通常設置為一個定值,而打印使用的水泥基復合材料的超早齡期工作性能是因時間和環(huán)境而發(fā)生變化的,早期的塑性和剛度隨齡期不斷增長。為了滿足快速無模建造的需求,打印材料的凝結(jié)固化速度往往設計的較快。因此,快速凝結(jié)固化的水泥基復合材料與恒定打印工藝之間的不匹配性越大,則水平方向的層間界面越弱,甚至出現(xiàn)界面宏觀缺陷。相對于水平向建造的層間界面,垂直堆疊方向的層間界面黏結(jié)可在材料自重和噴頭擠壓作用下得到改善和提高,表現(xiàn)出相對較高的層間黏結(jié)強度。除此之外,層間弱面的延伸方向與承受的外部荷載的傳遞方向間的關(guān)系,相對于壓應力,層間弱黏結(jié)面更易在拉力或者剪切力的作用下發(fā)生損傷并產(chǎn)生微裂縫。這也是導致打印材料力學各向異性的原因。

        2.4 細觀損傷機理

        裂縫擴展與打印層間弱面、條帶弱面性能直接相關(guān)。裂縫的擴展路徑與弱面的延展方向相關(guān)。當二者平行時,裂縫的發(fā)展基本沿條帶間破壞,如圖8所示。這是因為水平條間接觸僅僅依靠材料打印過程中的擠壓力而沒有如層間的材料重力作用,同時條間接觸受擠出過程中打印出料口邊界效應的影響,局部水膠比高,集料占比少,力學弱化作用明顯。當二者垂直相交時,裂縫在首層層內(nèi)材料失效后到達相鄰層間弱面,由于層間弱面的存在,層內(nèi)的拉應力會轉(zhuǎn)化為層間的剪切應力。在剪切應力作用下,裂縫會沿層間弱面進行一定程度的發(fā)展。隨著加載的進行,下一層內(nèi)材料的拉應力達到材料的極限抗拉值,裂縫會沿著層間達到下一層材料最先達到極限拉伸破壞的位置,繼續(xù)裂縫的發(fā)展。當3D打印材料未摻入纖維或者摻入少量的纖維時,脆性破壞特征顯著。此時裂縫的發(fā)展迅速,垂直方向的弱面則對裂縫的發(fā)展路徑的影響則不明顯。

        圖8 3D打印圓盤試樣劈拉破壞后CT掃描切片F(xiàn)ig.8 CT scanning slices of 3D printing disc specimen after splitting failure

        3 應用實例與發(fā)展前景

        3.1 應用實例

        由馬國偉教授帶領(lǐng)的河北工業(yè)大學智慧基礎設施研究院課題組利用上述配比3D打印混凝土材料,于2019年10月13日在河北工業(yè)大學北辰校區(qū)成功打印完成一座裝配式3D打印趙州橋。上述試驗所用試件即從打印的拱橋腹拱上切割出的標準力學試驗試件。整橋按照趙州橋1/2縮尺比例打印建設,架設在河北工業(yè)大學校園內(nèi)的河道上。打印趙州橋為模塊化裝配式結(jié)構(gòu),如圖9所示,主體結(jié)構(gòu)由主拱圈(①)、中腹拱(②)、邊腹拱(③)以及橫墻(④-⑦),除此之外還有橋面結(jié)構(gòu)(⑧)和橋臺(⑨)。其中,主拱圈計算跨徑l為17.4 m,計算矢高h為2.9 m,即主拱圈矢跨比為1∶ 6;主拱圈的橫截面為0.6m(寬)×0.6 m(厚)。邊腹拱計算跨徑1.6 m,計算矢高0.4 m,厚度0.16 m。中腹拱計算跨徑1.6 m,計算矢高0.54 m,厚度0.16 m。橫墻高度0.917 m。橋面結(jié)構(gòu)厚度0.15 m,橋面寬度3 m,橋面縱坡為7%雙向坡。預應力筋為6個,直徑0.112 m。

        借鑒古代趙州橋的縱向并列砌筑法,本研究將主拱圈均分為7片拱券,每片寬度0.6 m,3D打印趙州橋?qū)崍D如圖10所示。

        1.主拱圈;2.橫墻;3.中腹拱;4.邊腹拱;5.背墻;6.拱上填料;7.橋面結(jié)構(gòu);8.護欄;9.橋臺;10.預應力筋;l.計算跨徑;f.計算矢高圖9 裝配式3D打印趙州橋結(jié)構(gòu)設計Fig.9 Structure design of fabricated 3D printing Zhaozhou Bridge

        圖10 3D打印趙州橋Fig.10 Three-dimensional printed Zhaozhou Bridge

        3.2 發(fā)展前景

        盡管目前缺少與3D打印相關(guān)的設計規(guī)范以及質(zhì)量評定規(guī)范等來對打印結(jié)構(gòu)的力學性能進行測試、設計和驗收,但是隨著建筑3D打印發(fā)展迅猛,3D打印房屋、橋梁、公交車站等一批試驗性工程的不斷涌現(xiàn)[11-14]。3D打印結(jié)構(gòu)設計必然納入規(guī)范化。在此背景下,開展3D打印混凝土力學各向異性的細觀機理研究,且成功應用于裝配式拱橋的設計和建造工程過程,為將3D打印技術(shù)由實驗室研究推廣至工程實際提供基礎理論指導和實驗數(shù)據(jù)支撐。同時導致力學各項異性的原因也會誘發(fā)結(jié)構(gòu)的動力學性能降低和耐久性問題,從而進一步降低構(gòu)筑物或建筑物的使用壽命。因此,在引入3D打印結(jié)構(gòu)化應用進程中,除看到智能建造帶來的人工依賴降低、環(huán)境污染減少、節(jié)省材料等諸多利處,還要更多地考慮3D打印本身導致的結(jié)構(gòu)性能弱化及改善方法。為保證增強結(jié)構(gòu)安全,切實推進建筑3D打印結(jié)構(gòu)化應用提供科學的參考和借鑒。

        4 結(jié)論與建議

        3D打印混凝土的抗壓強度、彎折強度、劈裂強度以及彈性模量和泊松比均低于澆注成型的試樣,并且在3個正交方向表現(xiàn)出相對較大的差異性,呈現(xiàn)明顯的力學各項異性。對試樣破壞前后的CT探測結(jié)果表明:

        (1)3D打印試件內(nèi)部含有較多因建造過程產(chǎn)生的空隙以及層間弱結(jié)合面是造成3D打印混凝土力學性能差異的原因。正是由于3D打印的水泥基材料基體內(nèi)跨尺度的孔隙、空隙、弱面等非均質(zhì)特征的存在,裂縫的萌生和擴展更傾向于在這些非勻質(zhì)處發(fā)展。

        (2)3D打印混凝土的受荷狀態(tài)與非均質(zhì)特征的相對位置造成了宏觀力學的各向異性。裂縫更容易在孔隙、空隙、弱面等非均質(zhì)特征相互接觸集中的區(qū)域貫通。3個正交方向的力學性能通常是打印沉積的方向(X方向)性能最優(yōu),垂直于層間方向(Z方向)性能最差,平行于打印方向(Y方向)的性能居中。

        無模增材建造過程是3D打印的固有屬性,難以通過材料、工藝的手段徹底消除弱面的存在。為了降低層間弱面給結(jié)構(gòu)帶來的負面影響,對于垂直堆疊方向的層間弱面,建議從優(yōu)化原材料與配合比、合理設置打印參數(shù)、增強后期養(yǎng)護等方面入手,對于打印中斷或?qū)娱g間隔較長的情況,建議使用界面增強材料來提高層間弱面的連續(xù)性;對于水平方向的層間弱面,建議精確地、實時地量化和平衡擠出速度、打印速度、材料流變特性的關(guān)系,研發(fā)更為智能化的打印工藝。

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