[发明专利]一种基于3D同轴打印成型的水泥基强韧化材料的制备方法

权利要求书

1.一种基于3D同轴打印成型的水泥基强韧化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，原材料准备与处理

内轴所用的原材料为普通硅酸盐水泥、缓凝剂、减水剂和增塑剂，通过球磨细化处理内轴原材料，将内轴原材料制备成粒径分布在200nm到 10μm范围的超细粉末原料；外轴所用的原材料为弹性增塑材料和纤维材料，所述弹性增塑材料为聚乙烯醇、水性环氧树脂、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇混合而成的水溶液；

步骤二，打印浆料制备

内轴浆料，将球磨细化好的超细粉末原料按比例配制好，然后通过高速剪切搅拌机以3000-5000r/min的转速搅拌均匀；

外轴增强浆料：将纤维材料加入到弹性增塑材料的水溶液中，搅拌均匀；

步骤三，同轴打印平台构建

采用伺服电机和高精度传动丝杠，并结合空间限位器、升降台辅助部件，搭建具有 X、Y、Z 空间三轴方向快速传动和高精度定位功能的三轴机械平台，定位精度为1-10μm；采用微量数字控制注射泵和高精度压力控制器，进行浆料推进和压力反馈与控制；制造同轴打印喷嘴；

步骤四，强韧化水泥基材料打印

采用电脑软件进行结构化设计，将处理好的STL模型切片数据导入计算机数控端，计算机将数字信号传输到通讯板，通过控制通讯板连接控制电脑、同步发出供墨通讯指令和打印驱动指令；基于微量数字控制注射泵和高精度压力控制器，待同轴供墨通讯指令发出后，打开不同通道的气体电磁控制阀，使得内外管道形成可打印的带压浆料，然后浆料经由同轴打印针头按需、定量、均匀挤出，最终通过层层沉积的方式形成刚-柔两相交错叠合的“砖-泥”层状水泥基结构；

步骤五，养护水化

将打印成型水泥基材料经过标准条件进行养护，最后形成具有高强、高韧性的水泥基材料。

2.根据权利要求1所述的一种基于3D同轴打印成型的水泥基强韧化材料的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述缓凝剂为磷酸盐和醇类；所述减水剂为聚羧酸类和木质素磺酸盐；所述增塑剂为聚乙烯醇和脂肪酸酯。

3.根据权利要求1所述的一种基于3D同轴打印成型的水泥基强韧化材料的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述纤维材料为玻璃纤维和碳纤维。

4.根据权利要求1所述的一种基于3D同轴打印成型的水泥基强韧化材料的制备方法，其特征在于：在步骤二中，所述超细粉末原料的比例为普通硅酸盐水泥50-70wt%、缓凝剂1-3 wt%、减水剂0.5-2 wt%、增塑剂2-5 wt%、水30-40 wt%。

5.根据权利要求1所述的一种基于3D同轴打印成型的水泥基强韧化材料的制备方法，其特征在于：在步骤二中，所述纤维材料的含量为2-5wt%。

6.根据权利要求1所述的一种基于3D同轴打印成型的水泥基强韧化材料的制备方法，其特征在于：在步骤三中，所述同轴打印喷嘴包括内层喷头套筒（1）和外层喷头套筒（2），所述内层喷头套筒（1）套设在外层喷头套筒（2）内部，所述内层喷头套筒（1）与外层喷头套筒（2）之间通过螺钉（3）连接，所述内层喷头套筒（1）的外壁与外层喷头套筒（2）的内壁之间安装有气压密封圈（4）；所述内层喷头套筒（1）的后端为内管进料口（101），所述内层喷头套筒（1）的前端为内管出料口（103），所述内层喷头套筒（1）的内部为内层储料腔（102）；所述外层喷头套筒（2）的后端为连接端（201），所述连接端（201）内套设有内层喷头套筒（1），所述外层喷头套筒（2）的前端为外管出料口（202），所述外层喷头套筒（2）的内部为外层储料腔（203），所述外层喷头套筒（2）的外壁上开设有两个与外层储料腔（203）相通的外管进料口（204）。

7.根据权利要求6所述的一种基于3D同轴打印成型的水泥基强韧化材料的制备方法，其特征在于：所述气压密封圈（4）为氟橡胶机械密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种基于3D同轴打印成型的水泥基强韧化材料的制备方法，其特征在于：在步骤五中，标准养护条件为：湿度＞95%，温度20±2℃。