CN115611601A - 一种石膏3d打印粉末及其制备方法和应用 - Google Patents

一种石膏3d打印粉末及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：商业α石膏：87.8％～98.5％；疏水性纳米二氧化硅：0.5％～1％；可溶性淀粉：1％～3％；草酸钠：0％～1.2％；2488型PVA：0％～7％。本发明还提供了石膏3D打印粉末的制备方法，包括以下步骤：步骤1，按质量百分比称取商业α石膏，烘干处理后过筛，得到石膏粉体；步骤2，按质量百分比称取疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，并与将石膏粉体滚磨混合，得到第一粉体；步骤3，按质量百分比称取草酸钠，并与第一粉体滚磨混合，得到第二粉体；步骤4，按质量百分比称取对应量的2488型PVA，并与将第二粉体进行滚磨混合，得到石膏3D打印粉末。本发明还提供了石膏3D打印粉末在制备多形态孔结构功能化材料上的应用。

Description

一种石膏3D打印粉末及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及3D打印材料技术领域，具体涉及一种石膏3D打印粉末及其制备方法和应用。
背景技术
随着制造技术的不断发展，数字制造和快速成型技术，如3D打印，其在材料制造技术方面的高精度、可控性和简单性而受到广泛关注。3D打印已成功应用于许多领域，如建筑行业、制造业、医疗应用和食品制备等。3D打印技术与传统制造技术相比，可设计性强，工艺简单，生产周期短，可满足复杂工艺及个性化生产需求。
3D打印技术可以满足工程建设多元化、产业化、信息化的要求，使打印构建结构成为可能。众所周知，石膏是用于建筑结构3D打印工艺的非常早期的材料，其在建筑结构中常用作装饰板材或吸声穿孔板等，并且有利于制备大尺寸或几何多样化的产品。然而，基于多孔复杂结构的石膏的3D打印仍然存在一定的问题，其主要原因之一是石膏吸湿性强，结块倾向大，打印过程中粉末不易铺平，从而导致材料出现分层断裂现象。并且石膏3D打印粉末必须储存在干燥的环境中，否则会导致流动性差，在3D打印的情况下，石膏的流动性通常被忽略，适宜的流动性能够使粉末在3D打印机中散布的更薄、均匀和光滑，从而能够制造出精密度更高的产品。粉末流动性对于工业大尺寸和多孔复杂结构的3D打印而言更为关键，因为较大的打印区域具有较高的不均匀粉末覆盖的可能性。此外目前石膏3D打印技术还面临着打印速度效率以及生胚强度低等问题，提高石膏3D打印的生产效率以及产品的生胚强度性能，有助于石膏3D打印产品的开发应用。
由于石膏3D打印技术的性能主要取决于石膏的流动性、凝结时间以及生胚强度性能三个因素。传统石膏粉末3D打印过程中存在脱层断裂，强度弱，打印效率低的问题，导致打印的成品存在明显缺陷，从而限制了其在实际生产中的应用。现有技术通常通过单一添加助流剂来提高石膏3D打印粉末的流动性，从而来减少3D打印过程中的缺陷问题。然而单一组分的助流剂效果一般，并且用量大，不利于经济化生产，并且石膏3D打印过程中的打印效率以及生胚强度也存在一定的问题。因此，有必要开发一种石膏3D打印粉末，拓宽石膏3D打印技术在建筑结构材料领域的应用。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种石膏3D打印粉末及其制备方法和应用。
本发明提供了一种石膏3D打印粉末，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：
Figure BDA0003930247920000021
在本发明提供的石膏3D打印粉末中，还可以具有这样的特征：其中，石膏3D打印粉末的平均粒径为50μm-200μm，休止角AOR为30.48°～36.84°，初凝时间为2.6min～9.8min，终凝时间为4.3min～10.9min，通过石膏3D打印粉末进行3D打印得到的生胚的抗压强度0.71MPa～2.97MPa。
本发明还提供了一种石膏3D打印粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏进行烘干处理后过筛，得到石膏粉体；
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，得到第一粉体，并密封保存；
步骤3，按质量百分比称取对应量的草酸钠，将第一粉体与草酸钠进行滚磨混合，得到第二粉体，并密封保存；
步骤4，按质量百分比称取对应量的2488型PVA，将第二粉体与2488型PVA进行滚磨混合，得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
在本发明提供的石膏3D打印粉末的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，进行烘干处理时的烘干温度为60℃～90℃，烘干时长为4h～6h。
在本发明提供的石膏3D打印粉末的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2-步骤4中，进行滚磨混合时均采用干法滚磨，滚磨时使用的磨球均为氧化锆球，磨球和石膏粉体、第一粉体、第二粉体的质量比均为1～1.5:1，滚磨时的转速均为100r/min～150r/min，时间均为20min～40min，环境湿度均低于50％。
本发明还提供了一种石膏3D打印粉末在制备用于建筑材料领域和吸声材料领域的多形态孔结构功能化材料上的应用。
本发明还提供了一种多形态孔结构功能化材料，其特征在于，由石膏3D打印粉末通过3D打印逐层堆积形成。
发明的作用与效果
本发明所涉及的一种石膏3D打印粉末，以商业α石膏为基体，通过添加疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉两种助流剂对石膏流动性进行协同改性，再添加草酸钠改善凝结时间以及添加PVA微粉对石膏生胚强度进行提升，能够获得高流动性，凝结时间短，强度性能良好的石膏3D打印粉末，其中高流动性能够有效避免3D打印过程中的脱层现象，避免了产品的缺陷，较快的凝结时间可以实现3D打印效率和精度问题，较高的强度能够避免成品易损易裂的问题，从而最终延长3D材料的使用寿命。该石膏3D打印粉末在3D打印过程中可以实现成品快，粘结牢度高，并且不存在脱层的特点。使用石膏3D打印粉末进行3D打印能够实现多形态孔结构功能化材料的制备，并应用于建筑材料领域和吸声材料领域。同时，本发明拓宽了石膏3D打印粉末的制备方法，利用滚磨混合成型，制备时间短，制备方法简便。并且原材料成本低廉，并且克服了现有3D打印粉末制备技术的缺陷。因此，本发明的石膏3D打印粉末制备工艺简单、稳定性好、强度高，可满足不同应用的需求，适合工业化生产。
附图说明
图1是本发明的实施例1中的石膏3D打印粉末的制备方法流程图；
图2是本发明的实施例1中的石膏3D打印粉末的SEM图；
图3是本发明的实施例1中的多形态孔结构功能化材料的模型设计图；
图4是本发明的实施例1中的石膏3D打印粉末进行3D打印得到的成品实物图；
图5是本发明的对比例1中的石膏3D打印粉末进行3D打印时的铺粉图；
图6是本发明的实施例1中的石膏3D打印粉末进行3D打印时的铺粉图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。
<实施例1>
本实施例中的一种石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
Figure BDA0003930247920000051
图1是本发明的实施例1中的石膏3D打印粉末的制备方法流程图。
如图1所示，本实施例中的石膏3D打印粉末的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏在80℃下烘干处理5h后使用200目筛进行过筛除去杂质，得到石膏粉体。
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，滚磨混合时采用干法滚磨，滚磨设备采用现有技术常规设备，滚磨混合的转速为150r/min，时间为30min，磨球优选为氧化锆球，磨球和石膏粉体的质量比为1～1.5:1，环境湿度低于50％，在塑料罐中滚磨，滚磨混合后得到第一粉体，并密封保存。
本实施例中，通过将商业α石膏与疏水性纳米二氧化硅以及可溶性淀粉混合，得到高流动性的石膏粉体。
通过将疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉进行协同作用，从而来提高石膏3D打印粉末的流动性能。疏水性纳米二氧化硅能够增加石膏表面的粗糙度，可显著改善石膏颗粒因范德华力作用造成的团聚问题。可溶性淀粉呈球状或椭球状，具有良好的滚动性能，其粒径略小于石膏颗粒。而石膏多呈棒状或短柱状，故石膏晶体颗粒之间存在较多的空隙，可溶性淀粉掺加之后，不仅可以填充多余的空隙还可以隔开石膏颗粒，减小石膏颗粒间的摩擦力，部分疏水性纳米二氧化硅吸附在淀粉表面，进一步改善了淀粉掺量过多时流动性效果下降的情况，从而两者起到协同作用改善石膏3D打印流动性，提高3D过程打印精度的效果。
本实施例中，第一粉体为高流动性的石膏粉体，作为制备的基质材料，具备优点如下：一、能够防止材料团聚结块；二、易于打印，防止打印过程中石膏材料难以铺平的问题；三、能够避免打印成品出现表面缺陷的问题。
步骤3，按质量百分比称取对应量的草酸钠，将第一粉体与草酸钠过筛干燥后进行滚磨混合，滚磨混合时采用干法滚磨，滚磨设备采用现有技术常规设备，滚磨混合的转速为150r/min，时间为40min，磨球优选为氧化锆球，磨球和第一粉体的质量比为1～1.5:1，环境湿度低于50％，滚磨混合后得到第二粉体，并密封保存。
本实施例中，高流动性的第一粉体通过掺入适宜的草酸钠，形成高流动性、凝结时间短的第二粉体。草酸钠能够有效加快石膏的水化硬化，缩短凝结时间。草酸钠作为促凝剂，通过离子吸附与石膏晶体表面的Ca2+和SO42-形成不稳定的复盐，附着在晶体表面，随着复盐分解后又形成二水硫酸钙，能够降低石膏水化的成核位垒，提高石膏的水化速率，能够有效缩短石膏粉末的凝结时间，提高打印效率。
步骤4，按质量百分比称取对应量的2488型PVA，将第二粉体与2488型PVA进行滚磨混合，滚磨混合时采用干法滚磨，滚磨设备采用现有技术常规设备，滚磨混合的转速为150r/min，时间为40min，磨球优选为为氧化锆球，磨球和第二粉体的质量比为1～1.5:1，环境湿度低于50％，滚磨混合后得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本实施例中，PVA粉末的掺入，其在石膏凝结过程中作为一种粘结剂，PVA中含有大量的亲水性基团羟基，能够在3D打印过程中将石膏粉末之间充分融合，从而提高成品的生胚强度。
本实施例中，通过疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉、草酸钠和2488型PVA对商业α石膏进行适当改性，能够同时提高流动性和强度、加快凝结时间，其中高流动性能够有效避免3D打印过程中的脱层现象，避免了产品的缺陷，较快的凝结时间可以实现3D打印效率和精度问题，较高的生胚强度能够避免成品易损易裂的问题，从而最终延长3D材料的使用寿命。
图2是本发明的实施例1中的石膏3D打印粉末的SEM图。
如图2所示，本实施例制备得到的石膏3D打印粉末的粒径为50μm-200μm。
本实施例的一种石膏3D打印粉末在制备用于建筑材料领域和吸声材料领域的多形态孔结构功能化材料上的应用如下：通过石膏3D打印粉末进行3D打印制备多形态孔结构功能化材料作为建筑材料或吸声材料进行应用。
本实施例的一种多形态孔结构功能化材料，由石膏3D打印粉末通过3D打印逐层堆积形成。能够在建筑结构行业中可实现复杂多孔材料制造，多形态孔结构功能化材料可在进行打印前进行结构设计，设计空间无限，材料多样化精细化，并且可以用作3D打印吸声材料。
优选地，多形态孔结构功能化材料的孔结构直径为2mm-10mm。
图3是本发明的实施例1中的多形态孔结构功能化材料的模型设计图；图4是本发明的实施例1中的石膏3D打印粉末进行3D打印得到的成品实物图。
如图3和图4所示，本实施例中，在进行3D打印之前，可根据需求对多形态孔结构功能化材料的结构进行设计，然后由石膏3D打印粉末通过3D打印逐层堆积形成所需结构的多形态孔结构功能化材料。
本实施例中，对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试，
流动度的测试过程如下：将制备的石膏3D打印粉体，用量筒取约150ml样品，堵住漏斗，将石膏粉末放置在漏斗中，打开阀杆，用搅拌器慢慢搅拌，让粉末流过。待两分钟后，测量粉体锥尖距基座的高度，通过计算台面的水平基座和圆锥状颗粒堆的边缘形成的角度AOR来评价流动性。AOR计算公式如下：
θ＝tan-l(h/r)
式中：θ为AOR，h为粉体堆积形成锥体的高度；r为圆锥底部半径。
AOR是指由台面的水平基座和圆锥状颗粒堆的边缘形成的角度，是颗粒材料流动性好坏的重要评价指标之一，AOR越小，说明粉体流动性越佳，当AOR<35°流动性非常好，35°-45°粉体流动性一般，45°-55°流动性不佳，AOR>55°流动性极差。
凝结时间的测试过程如下：将石膏3D打印粉体，按照GB/T17669.4—1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》，使用维卡仪进行凝结时间测定。按标准稠度用水量称量水，并把水倒入搅拌碗中。称取石膏试样200g，在5s内倒入水中。用拌合棒搅拌30s，得到均匀的料浆，倒入环模中。然后将玻璃底板抬高约l0mm，上下震动5次，用刮刀刮去溢浆，并使料浆与环模上端齐平。将装满料浆的环模连同玻璃底板放在仪器的钢针下，使针尖与料浆的表面相接触，且离开环模边缘大于l0mm。迅速放松杆上的固定螺丝，针即自由插入料浆中。每隔30s重复一次，每次都应改变插点，并将针擦净、校直。记录从石膏试样与水接触开始，至钢针第一次碰不到玻璃底板所经历的时间，即为石膏试样的初凝时间。记录从石膏试样与水接触开始，至钢针第一次插入料浆的深度不大于1mm所经历的时间，即为石膏试样的终凝时间。取5次测定结果的平均值，作为该石膏试样的初凝时间和终凝时间。
生胚的抗压强度的测试过程如下：将石膏3D打印粉体，进行3D打印强度测试，利用3D打印机，横向运动的旋转辊轴对石膏3D打印粉末铺粉，使得粉末在构建槽(打印成型区域)内形成薄而均匀的粉末层，单层铺粉层厚为0.1mm，打印成品尺寸为40mm×40mm×40mm。打印完成后将试件取出，使用压缩气泵对未固化的粉末进行吹除回收，通过氰基丙烯酸酯对打印试件进行封装处理，待试件完全干燥后，对试件进行抗压强度测试。
<实施例2>
本实施例中的一种石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
Figure BDA0003930247920000101
本实施例中的石膏3D打印粉末的制备方法与实施例1完全相同，并采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<实施例3>
本实施例中的一种石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
Figure BDA0003930247920000111
本实施例中的石膏3D打印粉末的制备方法与实施例1完全相同，并采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<实施例4>
本实施例中的一种石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
Figure BDA0003930247920000112
本实施例中的石膏3D打印粉末的制备方法与实施例1相同，但步骤3和步骤4中的滚磨时间均为30min，并采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<对比例1>
本对比例中，未对商业α石膏进行改性，仅使用商业α石膏制备石膏3D打印粉末，制备过程包括以下步骤：
步骤1，称取一定量的商业α石膏进行烘干处理，在80℃处理5h，烘干后的石膏粉体，通过200目筛除去杂质。
步骤2，将石膏粉体在转速为150r/min，时间为30min进行滚磨混合，得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本对比例中，采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<对比例2>
本对比例中，仅加入疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉对商业α石膏进行改性来制备石膏3D打印粉末，本对比例的石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
商业α石膏 98.5％；
疏水性纳米二氧化硅 0.5％；
可溶性淀粉 1.0％。
本对比例的石膏3D打印粉末的制备包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏在60℃下烘干处理6h后使用200目筛进行过筛除去杂质，得到石膏粉体。
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，滚磨混合的转速为100r/min，时间为20min，滚磨混合后得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本对比例中，采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<对比例3>
本对比例中，仅加入疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉对商业α石膏进行改性来制备石膏3D打印粉末，本对比例的石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
商业α石膏 98％；
疏水性纳米二氧化硅 1.0％；
可溶性淀粉 1.0％。
本对比例的石膏3D打印粉末的制备包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏在90℃下烘干处理4h后使用200目筛进行过筛除去杂质，得到石膏粉体。
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，滚磨混合的转速为120r/min，时间为20min，滚磨混合后得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本对比例中，采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<对比例4>
本对比例中，仅加入疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉对商业α石膏进行改性来制备石膏3D打印粉末，本对比例的石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
商业α石膏 97.25％；
疏水性纳米二氧化硅 0.75％；
可溶性淀粉 2.00％。
本对比例的石膏3D打印粉末的制备包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏在90℃下烘干处理4h后使用200目筛进行过筛除去杂质，得到石膏粉体。
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，滚磨混合的转速为120r/min，时间为30min，滚磨混合后得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本对比例中，采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<对比例5>
本对比例中，仅加入疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉对商业α石膏进行改性来制备石膏3D打印粉末，本对比例的石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
商业α石膏 96.5％；
疏水性纳米二氧化硅 0.5％；
可溶性淀粉 3.0％。
本对比例的石膏3D打印粉末的制备包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏在60℃下烘干处理6h后使用200目筛进行过筛除去杂质，得到石膏粉体。
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，滚磨混合的转速为130r/min，时间为30min，滚磨混合后得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本对比例中，采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<对比例6>
本对比例中，仅加入疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉对商业α石膏进行改性来制备石膏3D打印粉末，本对比例的石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
商业α石膏 96％；
疏水性纳米二氧化硅 1.0％；
可溶性淀粉 3.0％。
本对比例的石膏3D打印粉末的制备包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏在80℃下烘干处理5h后使用200目筛进行过筛除去杂质，得到石膏粉体。
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，滚磨混合的转速为130r/min，时间为30min，滚磨混合后得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本对比例中，采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<对比例7>
本对比例中，仅加入疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉、草酸钠对商业α石膏进行改性来制备石膏3D打印粉末，本对比例的石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
Figure BDA0003930247920000161
本对比例的石膏3D打印粉末的制备包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏在80℃下烘干处理5h后使用200目筛进行过筛除去杂质，得到石膏粉体。
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，滚磨混合的转速为150r/min，时间为30min，滚磨混合后得到第一粉体，并密封保存。
步骤3，按质量百分比称取对应量的草酸钠，将第一粉体与草酸钠过筛干燥后进行滚磨混合，滚磨混合的转速为140r/min，时间为40min，滚磨混合后得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本对比例中，采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<对比例8>
本对比例中，仅加入疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉、草酸钠对商业α石膏进行改性来制备石膏3D打印粉末，本对比例的石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
Figure BDA0003930247920000171
本对比例的石膏3D打印粉末的制备包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏在80℃下烘干处理5h后使用200目筛进行过筛除去杂质，得到石膏粉体。
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，滚磨混合的转速为150r/min，时间为30min，滚磨混合后得到第一粉体，并密封保存。
步骤3，按质量百分比称取对应量的草酸钠，将第一粉体与草酸钠过筛干燥后进行滚磨混合，滚磨混合的转速为140r/min，时间为30min，滚磨混合后得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本对比例中，采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
<对比例9>
本对比例中，仅加入疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉、草酸钠对商业α石膏进行改性来制备石膏3D打印粉末，本对比例的石膏3D打印粉末，按质量百分比计，包括以下组分：
Figure BDA0003930247920000181
本对比例的石膏3D打印粉末的制备包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的商业α石膏，对商业α石膏在80℃下烘干处理5h后使用200目筛进行过筛除去杂质，得到石膏粉体。
步骤2，按质量百分比称取对应量的疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉，将石膏粉体与疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉进行滚磨混合，滚磨混合的转速为150r/min，时间为30min，滚磨混合后得到第一粉体，并密封保存。
步骤3，按质量百分比称取对应量的草酸钠，将第一粉体与草酸钠过筛干燥后进行滚磨混合，滚磨混合的转速为150r/min，时间为40min，滚磨混合后得到石膏3D打印粉末，并密封保存。
本对比例中，采用与实施例1中同样的测试方法对制备得到的石膏3D打印粉末的流动度、凝结时间以及3D打印生胚强度分别进行测试。
表1各实施例和对比例中石膏3D打印粉末材料的测试结果
Figure BDA0003930247920000191
如表1所示，根据对比例1的测试结果对比可知，商业α石膏的流动性比较小，凝结时间较长，并且生胚抗压强度不佳。
根据对比例2-对比例6的测试结果对比可知，通过加入疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉，能够有效提升商业α石膏的流动性。
根据对比例7-对比例9的测试结果对比可知，加入草酸钠后，石膏3D打印粉末的初凝时间和终凝时间均有缩减，有效加快了凝结时间。
根据实施例1-实施例3的测试结果对比可知，加入2488型PVA后，3D打印材料的生胚强度得到明显提升。
图5是本发明的对比例1中的石膏3D打印粉末进行3D打印时的铺粉图。
如图5所示，在通过仅使用商业α石膏制备得到的石膏3D打印粉末进行3D打印铺粉时，由于石膏的吸湿性强，结块倾向大，打印过程中粉末不易铺平，容易导致材料出现分层断裂现象。
图6是本发明的实施例1中的石膏3D打印粉末进行3D打印时的铺粉图。
如图6所示，在加入适量的疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉、草酸钠和2488型PVA对商业α石膏进行改性后，制备得到的石膏3D打印粉末具有较高的流动性，在进行3D打印的铺粉时能够散布的更薄、均匀和光滑，从而能够制造出精密度更高的产品，避免3D打印过程中的脱层现象，避免了产品的缺陷。
综上，随着对商业α石膏适当添加疏水性纳米二氧化硅、可溶性淀粉、草酸钠和2488型PVA，本发明获得的石膏3D打印粉末的流动性和强度得到提高、凝结时间加快，在一定的配比下可以获得高的流动性和生胚强度，以及较快的凝结时间。
并且，通过实验数据可知，本发明的石膏3D打印粉末的平均粒径在50μm-200μm；休止角AOR为30.48°～36.84°；初凝时间为3.2min～9.8min；终凝时间为4.3min～10.9min；生胚的抗压强度为0.71MPa～2.97MPa。此外，本发明的石膏3D打印粉末可以有效的避免3D打印过程中脱层卡粉现象，并且提高了3D打印的效率，使3D打印成品具有较好的质量保证，能够避免成品易损易裂的问题，提高使用寿命。
在实际的应用中，作为石膏3D打印粉末，不仅需要具有高的打印效率，还应当具有高的打印精度。因为较高的打印精度，可以提高3D打印材料的应用背景，使得其能够制备多形态孔结构功能化材料。同时，本发明的石膏3D打印粉末多样化精细化，可以拓宽在在建筑结构行业中的应用，可以用作复杂的3D打印吸声材料。
实施例的作用与效果
本实施例所涉及的一种石膏3D打印粉末，以商业α石膏为基体，通过添加疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉两种助流剂对石膏流动性进行协同改性，再添加草酸钠改善凝结时间以及添加PVA微粉对石膏生胚强度进行提升，能够获得高流动性，凝结时间短，强度性能良好的石膏3D打印粉末，其中高流动性能够有效避免3D打印过程中的脱层现象，避免了产品的缺陷，较快的凝结时间可以实现3D打印效率和精度问题，较高的强度能够避免成品易损易裂的问题，从而最终延长3D材料的使用寿命。该石膏3D打印粉末在3D打印过程中可以实现成品快，粘结牢度高，并且不存在脱层的特点。使用石膏3D打印粉末进行3D打印能够实现多形态孔结构功能化材料的制备，并应用于建筑材料领域和吸声材料领域。同时，本实施例拓宽了石膏3D打印粉末的制备方法，利用滚磨混合成型，制备时间短，制备方法简便。并且原材料成本低廉，并且克服了现有3D打印粉末制备技术的缺陷。因此，本实施例的石膏3D打印粉末制备工艺简单、稳定性好、强度高，可满足不同应用的需求，适合工业化生产。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种石膏3D打印粉末，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：
Figure FDA0003930247910000011
2.根据权利要求1所述的石膏3D打印粉末，其特征在于：
其中，所述石膏3D打印粉末的平均粒径为50μm-200μm，休止角AOR为30.48°～36.84°，初凝时间为2.6min～9.8min，终凝时间为4.3min～10.9min，通过所述石膏3D打印粉末进行3D打印得到的生胚的抗压强度为0.71MPa～2.97MPa。
3.一种如权利要求1所述的石膏3D打印粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，按质量百分比称取对应量的所述商业α石膏，对所述商业α石膏进行烘干处理后过筛，得到石膏粉体；
步骤2，按质量百分比称取对应量的所述疏水性纳米二氧化硅和所述可溶性淀粉，将所述石膏粉体与所述疏水性纳米二氧化硅、所述可溶性淀粉进行滚磨混合，得到第一粉体，并密封保存；
步骤3，按质量百分比称取对应量的所述草酸钠，将所述第一粉体与所述草酸钠进行滚磨混合，得到第二粉体，并密封保存；
步骤4，按质量百分比称取对应量的2488型PVA，将所述第二粉体与所述2488型PVA进行滚磨混合，得到所述石膏3D打印粉末，并密封保存。
4.根据权利要求3所述的石膏3D打印粉末的制备方法，其特征在于：
其中，步骤1中，进行所述烘干处理时的烘干温度为60℃～90℃，烘干时长为4h～6h。
5.根据权利要求3所述的石膏3D打印粉末的制备方法，其特征在于：
其中，步骤2-步骤4中，进行所述滚磨混合时均采用干法滚磨，滚磨时使用的磨球均为氧化锆球，所述磨球和所述石膏粉体、所述第一粉体、所述第二粉体的质量比均为1～1.5:1，滚磨时的转速均为100r/min～150r/min，时间均为20min～40min，环境湿度均低于50％。
6.如权利要求1所述的石膏3D打印粉末在制备用于建筑材料领域和吸声材料领域的多形态孔结构功能化材料上的应用。
7.一种多形态孔结构功能化材料，其特征在于，由如权利要求1所述的石膏3D打印粉末通过3D打印逐层堆积形成。
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