[发明专利]一种用于粉末黏合3D打印的水泥基复合材料及应用该材料的粉末黏合3D打印方法

权利要求书

1.一种应用水泥基材料通过粉末黏合3D打印制造三维物体的方法，其特征在于：粉末黏合3D打印的水泥基复合材料按重量份计，由1份水泥、0～5份直径不超过5mm的砂、0～5份直径不超过0.1mm的矿物掺合料、0～0.2份膨胀剂、0.2份增韧剂、0～0.2份矿物颜料、0.1～0.5份水、0.25份聚合物乳液、0.001～0.05份外加剂和0～0.03份纤维组成；所述的水泥选自硅酸盐类水泥、硫铝酸盐水泥、高贝利特硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、磷酸盐水泥或氧化镁水泥的一种或几种的混合物；所述的外加剂是减水剂、早强剂或调凝剂中的一种或几种的混合物；所述的减水剂选自聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂、密胺系减水剂或木质素磺酸盐减水剂中的任意一种或两种以上的混合物；所述的早强剂选自氯盐早强剂、硫酸盐早强剂、硝酸盐早强剂或有机早强剂中的任意一种或两种以上的混合物；所述的调凝剂选自铝盐、锂盐、磷酸盐以及柠檬酸类、硼酸类、木质素类、糖类、酒石酸盐类、葡萄糖酸盐类、纤维素类调凝剂中的任意一种或两种以上的混合物；

应用水泥基材料通过粉末黏合3D打印制造三维物体的方法，包括以下步骤：

(1)按重量份计，称取粉末黏合3D打印的水泥基复合材料备用；

(2)将(1)称取的外加剂中部分或全部粉体外加剂和全部液体外加剂加入到(1)称取的水中，充分搅拌，直到全部粉体外加剂都溶解于水中，得到溶液；向溶液中加入(1)称取的聚合物乳液，继续充分搅拌，得到液相打印材料；

(3)将(2)剩余的外加剂与(1)称取的水泥、砂、矿物掺合料、膨胀剂、增韧剂及矿物颜料充分混合，得到粉体打印材料；

(4)用3D打印机在打印作业面上先将(3)得到的粉体打印材料均匀铺设出厚度不超过2mm的粉体层，再将(1)称取的纤维按比例均匀铺在所述粉体层上面，然后将(2)得到的液相打印材料按比例喷射在粉体层和纤维的预定区域内；

(5)多次重复(4)的过程，直至完成预定打印程序。

2.权利要求1所述的应用水泥基材料通过粉末黏合3D打印制造三维物体的方法，其特征在于：按重量份计，粉末黏合3D打印的水泥基复合材料由1份水泥、0～2份直径不超过5mm的砂、0.2～1份矿物掺合料、0～0.05份膨胀剂、0.2份增韧剂、0～0.05份矿物颜料、0.2～0.5份水、0.25份聚合物乳液、0.02～0.05份外加剂和0～0.03份纤维组成；所述的水泥选自硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥或高贝利特硫铝酸盐水泥；所述的减水剂为聚羧酸系高性能减水剂；所述的早强剂为氯盐早强剂；所述的调凝剂为碳酸锂和柠檬酸的混合物。

3.权利要求1所述的应用水泥基材料通过粉末黏合3D打印制造三维物体的方法，其特征在于：所述的直径不超过5mm的砂选自石英砂、河砂、机制砂、陶砂、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石或玻化微珠的一种或几种的混合物；所述的直径不超过0.1mm的矿物掺合料选自粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、钢渣粉、硅灰、稻壳灰、石灰石粉、石英石粉、偏高岭土、火山灰、凝灰岩或沸石粉中的一种或几种的混合物；所述的膨胀剂选自硫铝酸钙类膨胀剂、氧化镁类膨胀剂或氧化钙类膨胀剂的一种或两种的混合物；所述的增韧剂选自石墨烯、碳纳米管、可再分散性乳胶粉或聚乙烯醇中的一种或几种的混合物；所述的矿物颜料选自钛白粉、氧化铁、氧化锰、氧化铬、群青、赭石、普鲁士红或云母粉中的一种或几种的混合物；所述的聚合物乳液选自丁苯胶乳、丙烯酸酯乳液、乙烯-醋酸乙烯共聚物或氯丁胶乳中的一种或几种的混合物，聚合物乳液的固体含量为35％～52％；所述的纤维选自钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、聚酯胺纤维或木质纤维中的一种或几种。

4.一种应用水泥基材料通过粉末黏合3D打印制造三维物体的方法，其特征在于：粉末黏合3D打印的水泥基复合材料按重量份计，由1份水泥、0～5份直径不超过5mm的砂、0～5份直径不超过0.1mm的矿物掺合料、0～0.2份膨胀剂、0.2份增韧剂、0～0.2份矿物颜料、0.1～0.5份水、0.25份聚合物乳液、0.001～0.05份外加剂和0～0.03份纤维组成，且所述纤维用量不为0；所述的水泥选自硅酸盐类水泥、硫铝酸盐水泥、高贝利特硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、磷酸盐水泥或氧化镁水泥的一种或几种的混合物；所述的外加剂是减水剂、早强剂或调凝剂中的一种或几种的混合物；所述的减水剂选自聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂、密胺系减水剂或木质素磺酸盐减水剂中的任意一种或两种以上的混合物；所述的早强剂选自氯盐早强剂、硫酸盐早强剂、硝酸盐早强剂或有机早强剂中的任意一种或两种以上的混合物；所述的调凝剂选自铝盐、锂盐、磷酸盐以及柠檬酸类、硼酸类、木质素类、糖类、酒石酸盐类、葡萄糖酸盐类、纤维素类调凝剂中的任意一种或两种以上的混合物；

所述通过粉末黏合3D打印制造三维物体的方法包括以下步骤：

(1)按重量份计，称取粉末黏合3D打印的水泥基复合材料备用；

(2)将(1)称取的外加剂中部分或全部粉体外加剂和全部液体外加剂加入到(1)称取的水中，充分搅拌，直到全部粉体外加剂都溶解于水中，得到溶液；向溶液中加入(1)称取的聚合物乳液，继续充分搅拌，得到液相打印材料；

(3)将(2)剩余的外加剂与(1)称取的水泥、砂、矿物掺合料、膨胀剂、增韧剂、矿物颜料和纤维充分混合，得到粉体打印材料；

(4)用3D打印机在打印作业面上先将(3)得到的粉体打印材料均匀铺设出厚度不超过2mm的粉体层，然后将(2)得到的液相打印材料按比例喷射在粉体层的预定区域内；

(5)多次重复(4)的过程，直至完成预定打印程序。