CN116573901A - 一种基于3d打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构 - Google Patents

一种基于3d打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构 Download PDF

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Abstract

本发明为一种基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,所述混凝土超结构由内外多圈混凝土条按照上下多层方式通过回形打印路径的3D打印方式获得,每层打印后形成多圈混凝土条,每圈混凝土条的宽度T为8‑10mm;层高H≤6mm;层数K的取值范围为:3≤K≤5;所用电磁吸波混凝土中钢纤维体积掺量0.5%≤V≤1%。该混凝土超结构运用3D混凝土打印技术对钢纤维的定向效应,依托挤出型3D打印工艺的灵活性,以将胶凝材料、矿山固废、金属纤维以回型打印路径的方式,h获得C波段(4‑8GHz)、X波段(8‑12GHz)高电磁吸收(超过90%电磁波吸收)的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构。

Description

一种基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域,具体来说,是涉及一种基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构及其制备方法。
背景技术
3D打印技术是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它可快速,准确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或零件,以便进行快速评估,修改及功能测试,从而大大缩短研制周期,减少开发费用,加快新产品推向市场的进程。目前,3D打印技术在建筑领域得到了广泛应用,突破了传统的建筑材料生产方式。
各类电磁辐射对环境的污染正日益严重,同时,电磁辐射污染对人体健康也有极大的影响。电磁吸波混凝土是通过对普通混凝土改性而实现对电磁波防护的一种功能与结构相结合的新型建筑材料。电磁吸波混凝土对电磁防护有改善提升作用,可在很大程度上提升电视发射台、基站、微波实验室、医院和变电站等建筑结构的电磁辐射防护能力,降低电磁干扰的影响,促进人类在电磁环境下的身心健康。
发明内容
本发明的目的是,提供一种基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构及其制备方法.该混凝土超结构运用3D混凝土打印技术对钢纤维的定向效应,依托挤出型3D打印工艺的灵活性,以将胶凝材料、矿山固废、金属纤维以回型打印路径的方式,h获得C波段(4-8GHz)、X波段(8-12GHz)高电磁吸收(超过90%电磁波吸收)的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,其特征在于,所述混凝土超结构由内外多圈混凝土条按照上下多层方式通过回形打印路径的3D打印方式获得,每层打印后形成多圈混凝土条,每圈混凝土条的宽度T为8-10mm;层高H≤6mm;层数K的取值范围为:3≤K≤5;
所用电磁吸波混凝土中钢纤维体积掺量0.5%≤V≤1%。
每层混凝土条的圈数为8-20。
所述混凝土超结构以周期性的形式重复,构成内外多圈多层的底面为正方形的混凝土结构,相邻层和相邻圈的钢纤维形成若干个纤维等效微观滤波器,上下多层混凝土的外表面形成周期性排布的波浪表面纹路。
所述混凝土超结构能达到C波段(4-8GHz),X波段(8-12GHz)高电磁吸收的效果;
依托3D打印过程中的纤维定向效应,使钢纤维以超结构的形式进行三维空间排列,利用回形打印路径打印方式若干垂直-平行排列钢纤维形成多个具有频率选择功能的微观滤波结构,多个具有频率选择功能的微观滤波结构为纤维等效微观滤波器超结构,会产生一个特定对应频段的电磁吸收峰,各个钢纤维之间通过不同的打印路径以及随机分布的位置巧妙构筑了局域级别的频率选择功能的微观滤波结构,利用多个-多层微观滤波器单元复合,多频段吸收峰的叠加来扩展吸波带宽,最终形成一个等效频率选择器整体。
所述混凝土超结构为不同规格的电磁防护砖,电磁防护砖的底面为正方形,电磁防护砖的型号为:400×400mm、300×300mm、250×250mm或330×330mm。
所述钢纤维的长度为10-18mm,所述纤维等效微观滤波器为边长为20mm-50mm的类正棱柱。
所述钢纤维为镀铜钢纤维,平均长度为14mm。
所用电磁吸波混凝土的组成和含量分别为:
42.5#快硬性普通硅酸盐水泥7.0份;
石英砂7.0份;
铜炉渣1.70份;
硅灰0.8份;
减水剂0.12份;
黄铜粉0.3份;
紫铜粉0.1份;
长度为12mm的玄武岩纤维0.05份;
粘度为5万的HPMC粘度改性剂0.004份;
水1.72份;
钢纤维0.059份。
上述基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构的制备方法,制备方法的步骤是:将可3D打印的电磁吸波混凝土泵送至3D打印机的打印喷头内,静置4-5min,设置打印喷头出口截面积为110-120mm2,打印喷头斜率为Tanθ为2/3,θ为喷头倾斜的角度,挤出速度为0.008-0.03m3/h,水平向打印速度为165-185cm/min,垂直向打印速度为0.65-0.85m/h;按照以上打印参数进行打印,从样本中心开始打印,以回形打印路径依次向外进行打印,打印完一层再从样本中心开始以回形打印路径进行下一层的打印,逐步得到多层结构的打印结构体,打印结构体内部形成若干数量的具有频率选择功能的微观滤波结构,若干数量的微观滤波结构在打印结构体内部随机分布。
与现有的混凝土材料相比,本发明的有益效果是:
1钢纤维具有强导磁强电导率特性,依托3D打印过程中的纤维定向效应,可以使钢纤维以超结构的形式进行三维空间排列,利用回形打印路径打印方式若干垂直-平行排列钢纤维形成多个具有频率选择功能的微观滤波结构,多个具有频率选择功能的微观滤波结构为纤维等效微观滤波器超结构,因为纤维长度在14mm,每个纤维等效微观滤波器大小约为20mm-50mm,会产生一个特定对应频段的电磁吸收峰,各个钢纤维之间通过不同的打印路径宽度以及随机分布的位置巧妙构筑了局域级别的频率选择功能的微观滤波结构,利用多个-多层微观滤波结构单元复合,多频段吸收峰的叠加来扩展吸波带宽,最终形成一个等效频率选择器整体,实现结构整体的吸波特性。
2,由于3D打印工艺在表面层形成周期性排布的波浪表面纹路,使电磁吸波混凝土材料的阻抗由原来的阶梯状突变改为连续性变化,导致了透入混凝土超结构的方向发生变化,并改变了表面电磁波反射的方向降低接收到的电磁波,可以增加电磁波的入射次数和传输距离,提高了损耗几率,多列反射波和折射波之间还存在一定几率发生干涉损耗,有利于对电磁波特别是斜入射电磁波的充分入射和损耗。
3,本发明超结构的材料由铜炉渣-铜粉的粉末系吸波剂与钢纤维吸波剂进行有机组合,形成空气-含铜粉末系吸波剂-钢纤维超结构多重复合电磁吸波消耗机制,具体来说,电磁波通过空气传播到超结构时,部分能量与波浪表面纹路的矢量相消,剩余电磁波进入电磁吸波结构中,适量的定向钢纤维形成纤维等效微观滤波器超结构捕捉各个频率段的电磁波能量进入等效腔体,最后含铜粉末系吸波剂通过磁滞损耗与介电损耗将电磁波转化为电流与微磁场。在1-18GHz的频段上,本发明拥有超过90%电磁波吸收的频段可以达到7.8GHz,并创造出吸收93%电磁波极值。
4,3D打印快速灵活、自动化程度高、可零误差实现其回型超结构的制备。
本发明基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,该混凝土超结构由层数3≤K≤5的回形打印路径打印获得,混凝土条的宽度T为8-10mm,层高H≤6mm,路径里包含大量随打印定向的钢纤维,体积掺量0.5%≤V≤1%,当掺量过高大于1%,超结构由于金属属性过高会导致电磁波直接反射急剧增强,造成电磁吸波能力劣化,当掺量过低小于0.5%,纤维集聚效果欠佳,导致无法形成有效的微观滤波结构,降低电磁吸波效果。相比于传统的单层板结构。本发明能够使钢纤维以超结构的形式进行三维空间排列,纤维之间形成基于垂直-平行排列钢纤维的纤维等效微观滤波器超结构,每个纤维微观滤波结构都会造成在C波段(4-8GHz),X波段(8-12GHz)特定频段电磁吸收峰,各个钢纤维之间通过不同的打印路径宽度形成的几何距离,巧妙构建针对各个频段的多个局域频率选择功能的谐振回路;最终利用多个-多层工作在相邻频点的谐振单元复合,多频段吸收峰的叠加来扩展吸波带宽,形成一个等效频率选择器整体,实现结构整体的对特定频段电磁波的高效吸波特性。
附图说明
图1为本发明基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构的结构示意图。
图2为本发明基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构建造效果图。
图3为实施例1-2的混凝土进行电磁吸波评价测试的结果图。
图4为本发明中纤维等效微观滤波器的效果示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明,但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
本发明基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,该混凝土超结构由内外多圈混凝土条按照上下多层方式通过回形打印路径的3D打印方式获得,每层打印后形成多圈混凝土条,每圈混凝土条的宽度T为8-10mm;层高H≤6mm;层数K的取值范围为:3≤K≤5;
所用电磁吸波混凝土中钢纤维体积掺量0.5%≤V≤1%。
每层混凝土条的圈数优选为8-20。
所述混凝土超结构以周期性的形式重复,构成内外多圈多层的底面为正方形的混凝土结构,相邻层和相邻圈的钢纤维形成若干个纤维等效微观滤波器,上下多层混凝土的外表面形成周期性排布的波浪表面纹路。
图4为纤维等效微观滤波器的效果示意图,不同层和不同圈的钢纤维之间构建一个腔体,使得对应的波长(频率)的电磁波出不去,而被吸收。纤维等效微观滤波器的吸波性能可根据工程需要,在给定的参数范围内通过改变纤维掺量、改变混凝土条的宽度进行调整。
本发明的超结构可制备成不同规格的电磁防护砖(400×400mm、300×300mm、250×250mm、330×330mm等诸多标准瓷砖型号),电磁防护砖的底面为正方形,可进行大规模生产以及工业运用,主要运用到室内的电磁防护。
所述钢纤维的长度为10-18mm,所述纤维等效微观滤波器为边长约为20mm-50mm的类正棱柱。
上述的基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构的制备方法,制备方法的步骤是:将可3D打印的电磁吸波混凝土泵送至3D打印机的打印喷头内,静置4-5min,设置打印喷头出口截面积为110-120mm2,打印喷头斜率为Tanθ为2/3,挤出速度为0.008-0.03m3/h,水平向打印速度为165-185cm/min,垂直向打印速度为0.65-0.85m/h;按照以上打印参数进行打印,从样本中心开始打印,以回形打印路径依次向外进行打印,打印完一层再从样本中心开始以回形打印路径进行下一层的打印,逐步得到多层结构的打印结构体,打印结构体内部形成若干数量的具有频率选择功能的微观滤波结构,若干数量的微观滤波结构在打印结构体内部随机分布。
本发明运用3D混凝土打印技术对钢纤维的定向效应,达到C波段(4-8GHz),X波段(8-12GHz)高电磁吸收的效果。
将按照本发明所提供混凝土超结构进行打印,对打印后的结构体进行相关性能测试,即建造性评价、电磁吸波性能评价,经测试按照本发明混凝土超结构进行打印,按照上述的制备方法进行制备,在满足所提出的打印要求的前提下可保证3D打印过程的顺利进行,且打印后所得结构体稳定结实。
电磁吸波反射率测试采用弓形框反射法,以矢量网络分析仪(安捷伦N5232A)发射电磁波,通过发射头和接收头的传输,测试出材料的电磁吸波的反射率。本发明电磁吸波性能测试严格参照国家军用标准《雷达吸波材料反射率测试方法》(GJB2038-1994)。参与电磁吸波反射率测试的混凝土必须至少经过28天的标准养护(相对湿度95±5%,养护温度20±1℃)。养护完毕后,获得尺寸为180mm*180mm的混凝土试块,在60℃的低温下被烘干,用来减小含水率对电磁波反射率的影响。随后在混凝土试块下方垫上180mm*180mm的光滑铝板,在1-18GHz的频段内进行测试。
实施例1:
本实施例基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构中,层厚H为0.6mm,混凝土条的宽度T为10mm,钢纤维体积掺量V为0.5%。将混凝土浆体泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内,静置时间4min,所述静置时间是指从混凝土制备好到打印开始之间的时间,设置打印喷头出口截面积为110mm2,水平向打印速度为165cm/min,垂直向打印速度为0.65m/h,挤出速度为0.018m3/h;按照以上打印参数进行打印,从样本中心开始打印,以回形打印路径依次向外进行打印,打印完一层再从样本中心开始以回形打印路径进行下一层的打印,逐步得到三层结构的打印结构体,如图2所示,获得纤维定向的电磁吸波混凝土超结构。本实施例基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构中所用电磁吸波混凝土为钢纤维与可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土构成,按重量份数计,所用电磁吸波混凝土的组成和含量分别为:
42.5#快硬性普通硅酸盐水泥7.0份;
石英砂7.0份;
铜炉渣1.70份;
硅灰0.8份;
减水剂0.12份;
黄铜粉0.3份;
紫铜粉0.1份;
长度为12mm的玄武岩纤维0.05份;
粘度为5万的HPMC粘度改性剂0.004份;
水1.72份;
镀铜钢纤维0.059份。
所述快硬性普通硅酸盐水泥的比表面积为348m2/kg,密度为3.0g/cm3,标准稠度用水量为25.9%,初凝时间为170min,终凝时间为210min,烧失量为3.5%,氧化镁含量为2.18%,3天抗折强度为5.7MPa,3天抗压强度为30MPa。
所述硅灰的密度为2.3g/cm3,比表面积为25~29m2/g;
所述减水剂为聚羧酸系减水剂,减水率大于30%,含固量为36.5%;
所述铜炉渣密度为2.6g/cm3;平均粒径为106μm,氧化铁固量为53%;
所述黄铜粉平均粒径为60μm,D0.5为55μm,纯铜含量为93%;
所述紫铜粉平均粒径为65μm,D0.5为60μm,纯铜含量为98%。
所述镀铜钢纤维平均长度14mm,宽度0.2mm,抗拉强度>2850MPA,密度7.8g/mm3
本实施例所用电磁吸波混凝土的制备方法是:
(1)按重量份数计,将上述原料分成四组,第一组为快硬性普通硅酸盐水泥7.0份、铜炉渣1.70份、石英砂7.0份,第二组为硅灰0.8份和玄武岩纤维0.05份,第三组为减水剂0.12份,黄铜粉0.3份,紫铜粉0.1份,镀铜钢纤维0.059份,第四组为1.72份的水和0.004份的羟丙基甲基纤维素;
(2)将第一组的原料同时送入30L横卧式搅拌机进行混合搅拌100s,搅拌速度为45转/分钟,然后再对应的将第二组原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中,再进行混合搅拌200s,搅拌速度为45转/分钟,至完全混合均匀;
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀,然后分别将混合后的第三组物料加入到步骤(2)得到的终了拌合物中,搅拌80s,将第四组拌入,再搅拌180s,即得到所述的混凝土。
电磁吸波性能评价:
本实施例依据《雷达吸波材料反射率测试方法》(GJB2038-1994)的要求进行测试。测试结果如附图3所示。低于-10dB带宽为7.8GHz,意味着至少吸收了90%的电磁波,峰值为-12.8dB,意味着93%电磁波吸收峰。因为纤维平均长度在14mm左右,形成的多个纤维等效微观滤波器的边长范围约为20mm-50mm,所以对应的频率在6GHz-15GHz的频段将会有强电磁吸波性能,从测试结果来看,在5.57GHz的频率(波长53mm)开始突破了90%电磁吸波能力,一直保持到13.4GHz(波长22mm)的高电磁吸波性能,验证了本发明等效微观滤波器超结构的理论。
实施例2:
本实施例基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构中,层厚H为0.6mm,混凝土条宽T为10mm,钢纤维体积掺量V为1%。将混凝土浆体泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内,静置时间4min,所述静置时间是指从混凝土制备好到打印开始之间的时间,设置打印喷头出口截面积为110mm2,水平向打印速度为165cm/min,垂直向打印速度为0.65m/h,挤出速度为0.018m3/h然后按照回形打印路径打印三层。
本实施例基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构中混凝土为钢纤维与可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土,按重量份数计,混凝土的组成和含量分别为:
42.5#快硬性普通硅酸盐水泥6.8份;
石英砂6.9份;
铜炉渣1.65份;
硅灰0.75份;
减水剂0.14份;
黄铜粉0.2份;
紫铜粉0.09份;
长度为12mm的玄武岩纤维0.06份;
粘度为5万的HPMC粘度改性剂0.004份;
水1.70份;
镀铜钢纤维0.118份。
所述快硬性普通硅酸盐水泥的比表面积为348m2/kg,密度为3.0g/cm3,标准稠度用水量为25.9%,初凝时间为170min,终凝时间为210min,烧失量为3.5%,氧化镁含量为2.18%,3天抗折强度为5.7MPa,3天抗压强度为30MPa。
所述硅灰的密度为2.3g/cm3,比表面积为25~29m2/g;
所述减水剂为聚羧酸系减水剂,减水率大于30%,含固量为36.5%;
所述铜炉渣密度为2.6g/cm3;平均粒径为106μm,氧化铁固量为53%;
所述黄铜粉平均粒径为60μm,D0.5为55μm,纯铜含量为93%;
所述紫铜粉平均粒径为65μm,D0.5为60μm,纯铜含量为98%。
所述镀铜钢纤维平均长度14mm,宽度0.2mm,抗拉强度>2850MPA,密度7.8g/mm3
本实施例可3D打印的铜炉渣电磁吸波混凝土的制备方法是:
(1)按重量份数计,将上述原料分成四组,第一组为快硬性普通硅酸盐水泥7.0份、铜炉渣1.70份、石英砂7.0份,第二组为硅灰0.8份和玄武岩纤维0.05份,第三组为减水剂0.12份,黄铜粉0.3份,紫铜粉0.1份,镀铜钢纤维0.118份,第四组为1.72份的水和0.004份的羟丙基甲基纤维素;
(2)将第一组的原料同时送入30L横卧式搅拌机进行混合搅拌100s,搅拌速度为45转/分钟,然后再对应的将第二组原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中,再进行混合搅拌200s,搅拌速度为45转/分钟,至完全混合均匀;
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀,然后分别将混合后的第三组物料加入到步骤(2)得到的终了拌合物中,搅拌80s,将第四组拌入,再搅拌180s,即得到所述的混凝土。
电磁吸波性能评价:
本实施例依据《雷达吸波材料反射率测试方法》(GJB2038-1994)的要求进行测试。测试结果如附图3所示。低于-10dB带宽为7.1GHz,意味着至少吸收了90%的电磁波,峰值为-12.2dB,意味着92.5%电磁波吸收峰。因为钢纤维掺量接近了临界值1%,整体结构呈现较强的金属性质,导致电磁波直接表面反射增加,降低了电磁吸波性能,略差于实施例1。从测试结果来看,在5.8GHz的频率(波长51.7mm)开始突破了90%电磁吸波能力,一直保持到13.5GHz(波长22.2mm)的高电磁吸波性能,实现了对特定频段电磁波的有效吸收。同样验证了本发明等效微观滤波器超结构的理论。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (9)

1.一种基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,其特征在于,所述混凝土超结构由内外多圈混凝土条按照上下多层方式通过回形打印路径的3D打印方式获得,每层打印后形成多圈混凝土条,每圈混凝土条的宽度T为8-10mm;层高H≤6mm;层数K的取值范围为:3≤K≤5;
所用电磁吸波混凝土中钢纤维体积掺量0.5%≤V≤1%。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,其特征在于,每层混凝土条的圈数为8-20。
3.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,其特征在于,所述混凝土超结构以周期性的形式重复,构成内外多圈多层的底面为正方形的混凝土结构,相邻层和相邻圈的钢纤维形成若干个纤维等效微观滤波器,上下多层混凝土的外表面形成周期性排布的波浪表面纹路。
4.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,其特征在于,所述混凝土超结构能达到C波段(4-8GHz),X波段(8-12GHz)高电磁吸收的效果;
依托3D打印过程中的纤维定向效应,使钢纤维以超结构的形式进行三维空间排列,利用回形打印路径打印方式若干垂直-平行排列钢纤维形成多个具有频率选择功能的微观滤波结构,多个具有频率选择功能的微观滤波结构为纤维等效微观滤波器超结构,会产生一个特定对应频段的电磁吸收峰,各个钢纤维之间通过不同的打印路径以及随机分布的位置巧妙构筑了局域级别的频率选择功能的微观滤波结构,利用多个-多层微观滤波器单元复合,多频段吸收峰的叠加来扩展吸波带宽,最终形成一个等效频率选择器整体。
5.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,其特征在于,所述混凝土超结构为不同规格的电磁防护砖,电磁防护砖的底面为正方形,电磁防护砖的型号为:400×400mm、300×300mm、250×250mm或330×330mm。
6.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,其特征在于,所述钢纤维的长度为10-18mm,所述纤维等效微观滤波器为边长为20mm-50mm的类正棱柱。
7.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,其特征在于,所述钢纤维为镀铜钢纤维,平均长度为14mm。
8.根据权利要求1所述的基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构,其特征在于,所用电磁吸波混凝土的组成和含量分别为:
42.5#快硬性普通硅酸盐水泥7.0份;
石英砂7.0份;
铜炉渣1.70份;
硅灰0.8份;
减水剂0.12份;
黄铜粉0.3份;
紫铜粉0.1份;
长度为12mm的玄武岩纤维0.05份;
粘度为5万的HPMC粘度改性剂0.004份;
水1.72份;
钢纤维0.059份。
9.一种权利要求1-8任一所述的基于3D打印技术的定向钢纤维电磁吸波混凝土超结构的制备方法,其特征在于,制备方法的步骤是:将可3D打印的电磁吸波混凝土泵送至3D打印机的打印喷头内,静置4-5min,设置打印喷头出口截面积为110-120mm2,打印喷头斜率为Tanθ为2/3,θ为喷头倾斜的角度,挤出速度为0.008-0.03m3/h,水平向打印速度为165-185cm/min,垂直向打印速度为0.65-0.85m/h;按照以上打印参数进行打印,从样本中心开始打印,以回形打印路径依次向外进行打印,打印完一层再从样本中心开始以回形打印路径进行下一层的打印,逐步得到多层结构的打印结构体,打印结构体内部形成若干数量的具有频率选择功能的微观滤波结构,若干数量的微观滤波结构在打印结构体内部随机分布。
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Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070067058A1 (en) * 2003-09-08 2007-03-22 Yoshinari Miyamoto Fractal structure, super structure of fractal structures, method for manufacturing the same and applications
CN105101769A (zh) * 2015-07-31 2015-11-25 武汉理工大学 一种嵌入式复合超材料吸波体
US20170365365A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 Raytheon Company Additively Manufactured Concrete-Bearing Radiation Attenuation Structure
CA3049627A1 (en) * 2017-01-14 2018-07-19 Heka Graphit.Technology Gmbh Construction material mixture for shielding against electromagnetic radiation
CN108601317A (zh) * 2018-05-25 2018-09-28 浙江师范大学 一种宽带轻质超材料吸波结构的制备与应用
CN108609947A (zh) * 2018-04-03 2018-10-02 河北工业大学 一种可3d打印的铜炉渣电磁吸波混凝土及其使用方法
CN109516744A (zh) * 2019-01-21 2019-03-26 河北工业大学 一种基于3d打印的波浪形电磁吸波混凝土结构
US10254499B1 (en) * 2016-08-05 2019-04-09 Southern Methodist University Additive manufacturing of active devices using dielectric, conductive and magnetic materials
CN109719851A (zh) * 2019-01-17 2019-05-07 河北工业大学 一种3d打印电磁吸波混凝土定向纤维分级供料系统
CN110395967A (zh) * 2019-07-18 2019-11-01 河北工业大学 喷射3d打印功能梯度电磁防护材料及其制备方法
CN110690579A (zh) * 2019-10-11 2020-01-14 陕西师范大学 一种基于3d打印技术的结构型宽频带吸波材料的制备方法
CN110774407A (zh) * 2019-10-21 2020-02-11 浙江大学 一种空间骨料增强3d打印混凝土结构的建造方法
CN113393826A (zh) * 2021-06-10 2021-09-14 中国人民解放军国防科技大学 一种低频宽带声学超材料复合吸声结构及制备方法
CN113964546A (zh) * 2020-07-21 2022-01-21 中国人民解放军空军工程大学 一种HEA-SiC吸波超结构材料及其制备方法
CN113993938A (zh) * 2019-06-05 2022-01-28 巴斯夫欧洲公司 电磁波吸收材料
WO2022055606A1 (en) * 2020-09-11 2022-03-17 Icon Technology, Inc. 3d printable cementitious ink including electromagnetic pulse resistant binders
CN114446271A (zh) * 2021-10-20 2022-05-06 西安交通大学 一种具有宽带吸声性能的亚波长多狭缝吸声超结构
CN114751699A (zh) * 2022-05-06 2022-07-15 重庆大学溧阳智慧城市研究院 基于3d打印的固废资源化轻质高延性混凝土
CN115116419A (zh) * 2022-06-29 2022-09-27 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院 一种基于多孔材料的声学超结构消声器及其使用方法
CN115401913A (zh) * 2022-09-06 2022-11-29 西安交通大学 一种连续导电纤维电磁超结构及3d打印方法

Patent Citations (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070067058A1 (en) * 2003-09-08 2007-03-22 Yoshinari Miyamoto Fractal structure, super structure of fractal structures, method for manufacturing the same and applications
CN105101769A (zh) * 2015-07-31 2015-11-25 武汉理工大学 一种嵌入式复合超材料吸波体
US20170365365A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 Raytheon Company Additively Manufactured Concrete-Bearing Radiation Attenuation Structure
US10254499B1 (en) * 2016-08-05 2019-04-09 Southern Methodist University Additive manufacturing of active devices using dielectric, conductive and magnetic materials
CA3049627A1 (en) * 2017-01-14 2018-07-19 Heka Graphit.Technology Gmbh Construction material mixture for shielding against electromagnetic radiation
CN108609947A (zh) * 2018-04-03 2018-10-02 河北工业大学 一种可3d打印的铜炉渣电磁吸波混凝土及其使用方法
CN108601317A (zh) * 2018-05-25 2018-09-28 浙江师范大学 一种宽带轻质超材料吸波结构的制备与应用
CN109719851A (zh) * 2019-01-17 2019-05-07 河北工业大学 一种3d打印电磁吸波混凝土定向纤维分级供料系统
CN109516744A (zh) * 2019-01-21 2019-03-26 河北工业大学 一种基于3d打印的波浪形电磁吸波混凝土结构
CN113993938A (zh) * 2019-06-05 2022-01-28 巴斯夫欧洲公司 电磁波吸收材料
CN110395967A (zh) * 2019-07-18 2019-11-01 河北工业大学 喷射3d打印功能梯度电磁防护材料及其制备方法
CN110690579A (zh) * 2019-10-11 2020-01-14 陕西师范大学 一种基于3d打印技术的结构型宽频带吸波材料的制备方法
CN110774407A (zh) * 2019-10-21 2020-02-11 浙江大学 一种空间骨料增强3d打印混凝土结构的建造方法
US20220402164A1 (en) * 2019-10-21 2022-12-22 Zhejiang University Construction method for spatial aggregate reinforced 3d printed concrete structure
CN113964546A (zh) * 2020-07-21 2022-01-21 中国人民解放军空军工程大学 一种HEA-SiC吸波超结构材料及其制备方法
WO2022055606A1 (en) * 2020-09-11 2022-03-17 Icon Technology, Inc. 3d printable cementitious ink including electromagnetic pulse resistant binders
CN113393826A (zh) * 2021-06-10 2021-09-14 中国人民解放军国防科技大学 一种低频宽带声学超材料复合吸声结构及制备方法
CN114446271A (zh) * 2021-10-20 2022-05-06 西安交通大学 一种具有宽带吸声性能的亚波长多狭缝吸声超结构
CN114751699A (zh) * 2022-05-06 2022-07-15 重庆大学溧阳智慧城市研究院 基于3d打印的固废资源化轻质高延性混凝土
CN115116419A (zh) * 2022-06-29 2022-09-27 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院 一种基于多孔材料的声学超结构消声器及其使用方法
CN115401913A (zh) * 2022-09-06 2022-11-29 西安交通大学 一种连续导电纤维电磁超结构及3d打印方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张亚梅等: "《土木工程材料 第6版》", 东南大学出版社, pages: 232 - 233 *
熊益军;王岩;王强;王春齐;黄小忠;张芬;周丁;: "一种基于3D打印技术的结构型宽频吸波超材料", 物理学报, no. 08 *

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