[发明专利]一种无机油墨材料及其制备方法和应用

说明书

一种无机油墨材料及其制备方法和应用，以氧化镁、磷酸二氢钾、矿物掺合料为主要原材料，掺入调凝剂、减水剂和触变调节剂，均匀拌合而成；各组分按质量百分比计：氧化镁10%‑40%；磷酸二氢钾17%‑51%；矿物掺合料10%‑60%；调凝剂0.5%‑5.0%；减水剂0.1%‑2.0%；触变调节剂1.0%‑5.0%。本发明涉及的无机油墨材料具有凝结时间可控，强度发展迅速，粘接性能好的优点，配制的浆料具有良好触变性，能够满足3D打印连续施工。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种可用于3D打印建筑的无机油墨材料及其制备方法和应用。

背景技术

3D打印是一种快速成型技术，以数字模型为基础，采用可粘合材料，通过逐层打印的方式来制造物体。该技术具有数字化、网络化、个性化、智能化、快速化、节省材料的特点，也被称为增材制造技术。经过20多年的发展，该打印技术已日趋成熟，在航空航天、汽车、医疗器械和模具制造等行业中已有较多应用。

3D打印建筑技术是将3D打印与现代混凝土材料相结合而产生的新技术，该技术原理是将混凝土建筑构件利用计算机进行3D建模与分割，然后通过特殊打印喷嘴将混凝土挤出，分层叠加成型，完成混凝土构件制作。该技术不需要像传统混凝土浇筑一样预先支护模型，具有良好的可塑性与自密实性能，可方便用于制造结构复杂的混凝土建筑或构件。目前，3D打印技术正逐步运用于建筑领域，这种打印机已经成功打印出墙体、柱子等建筑构件甚至整栋建筑，初步展现巨大的应用潜能。CN 104532986 A公布了一种3D打印内隔墙及其施工方法。CN 104514305 A提出了一种3D打印桁架空心楼板及其施工方法。上述文献并未提及材料的具体配方和性能指标。

目前，3D打印建筑技术的推广应用还受制于打印材料的发展。适合于打印建筑的材料非常稀少，现有3D打印技术的材料多为有机材料，在高温熔融状态下进行打印，容易在施工过程中释放出难闻甚至有毒气体，对环境和人体造成危害，且高分子打印材料不耐火、易老化，不适宜用于建筑打印；已有的金属、陶瓷基打印材料价格昂贵，也不适宜用材量大的建筑打印；普通水泥基材料凝结时间长，虽具有流动性，但触变性能差，打印性能差，不能满足连续3D打印要求，更重要的是各打印层间的粘接性能较弱，容易致使打印建筑整体结构力学性能差。

3D打印建筑技术对材料性能具有特殊要求，如良好的流动性、触变性、快硬性、体积稳定性、高强度、价格便宜等。普通水泥混凝土材料远不能满足3D打印建筑技术需要，例如普通水泥混凝土材料初凝时间长，通常需6～10h，终凝时间24小时左右，不能满足在短时间内快速凝结并能迅速发展足够强度支撑上部材料自重的要求；普通水泥混凝土材料能够具有良好流动性，但没有触变性能，体积稳定性差，不能确保3D打印中分层堆砌而不产生过大塑性变形；各层材料之间的粘接强度不够高，无法满足整体结构物的力学强度和刚度需求。因此，对3D打印水泥基材料，需要同时满足快速凝结、强度发展迅速和良好触变形的基本要求。CN 105384416 A公布了一种3D打印用的基于硫铝酸盐水泥的双组分复合材料及其制备方法。该打印材料初凝时间在10min～20min，终凝时间在30min左右。而较长的凝结时间，容易使打印材料产生较大塑性变形，在一些小尺寸精细结构部位的打印效果不好。