用于复杂架构结构体的3D打印的水泥基直写墨水的制作方法

本公开的实施方案主要涉及增材制造(如三维(3d)打印)，并且更具体而言，涉及用于复杂架构结构体的增材制造的水泥基直写墨水。

背景技术：

1、增材制造(其包括或可被称为3d打印)用于构造各种物体和结构体。采用3d打印已经带来了与更高的分辨率、新的源材料以及越来越复杂的物体和结构体的制造相关的技术挑战。3d打印扩展到不同的应用中进一步增加了这些挑战。在这些和类似的应用中，使用现有技术可能难以对具有各种几何形状和不同功能的复杂架构结构体进行高分辨率3d打印。例如，用于3d打印的现有材料(例如墨水)可能无法产生这些结构体，或者可能无法产生具有用于所需应用的所需几何形状和机械性质的结构体。

技术实现思路

1、通过3d打印使合成材料图案化提供了创建并大量生产具有用于增强的机械性质的有序架构的材料的可能性。然而，合成材料的强度和韧性通常是相互排斥的性质。由3d打印提供的精度使得能够设计具有通过其他方式难以获得的特征的合成材料。

2、已经开发了若干增材制造技术以3d打印多功能结构体和多材料结构体。此类技术包括选择性激光烧结、喷墨打印熔融沉积成型、立体光刻和3d绘图。墨水直写(diw)是基于挤出的技术，墨水直写在复杂架构的设计中提供了相对较大的控制程度和灵活性，并且能够使用诸如水泥之类的胶体材料进行高分辨率材料图案化。

3、因此，对于一些应用，可能期望使用水泥形成复杂的架构结构体。然而，在环境条件下，水泥会随着时间的推移而发生颗粒堵塞(jamming)和固化，从而使得用水泥进行高分辨率3d打印变得不可能或极其困难。各种其他的挑战使得在墨水直写打印中的材料开发和使用变得困难。3d打印用直写墨水应当可通过喷嘴挤出而无需高的打印压力。在离开喷嘴之后，自承式(self-supporting)墨水应具有足够大的模量和屈服应力点以保持丝状形状，从而有助于打印工艺。

4、在一个实施方案中，提供了一种可打印的水泥组合物。可打印的水泥组合物包含美国石油学会(api)g级水泥、亲水性膨润土、聚羧酸酯醚(polycarboxylate ether)、羟乙基纤维素和2-乙基-1-己醇。

5、在另一个实施方案中，提供了一种可打印的水泥组合物。可打印的水泥组合物包含水泥、纳米粘土、减水剂、羟乙基纤维素和消泡剂。在一些实施方案中，水泥为美国石油学会(api)g级水泥。在一些实施方案中，纳米粘土为亲水性膨润土。在一些实施方案中，减水剂为聚羧酸酯醚。在一些实施方案中，消泡剂为2-乙基-1-己醇。

6、在另一个实施方案中，提供了一种用于创建3d结构体的方法。该方法包括使用3d打印机、使用可打印的水泥组合物打印3d结构体的一个或以上层。可打印的水泥组合物包含美国石油学会(api)g级水泥、亲水性膨润土、聚羧酸酯醚、羟乙基纤维素和2-乙基-1-己醇。在一些实施方案中，3d结构体为蜂窝状结构体。在一些实施方案中，3d打印机为墨水直写(diw)打印机。

7、在另一个实施方案中，提供了一种用于创建3d结构体的方法。该方法包括使用3d打印机、使用可打印的水泥组合物打印3d结构体的一个或以上层。可打印的水泥组合物包含水泥、纳米粘土、减水剂、羟乙基纤维素和消泡剂。在一些实施方案中，水泥为美国石油学会(api)g级水泥。在一些实施方案中，纳米粘土为亲水性膨润土。在一些实施方案中，减水剂为聚羧酸酯醚。在一些实施方案中，消泡剂为2-乙基-1-己醇。在一些实施方案中，3d结构体为蜂窝状结构体。在一些实施方案中，3d打印机为墨水直写(diw)打印机。

技术特征：

1.一种可打印的水泥组合物，包含：

2.根据权利要求1所述的可打印的水泥组合物，包含水。

3.一种可打印的水泥组合物，包含：

4.根据权利要求3所述的可打印的水泥组合物，其中所述水泥包括美国石油学会(api)g级水泥。

5.根据权利要求3或4所述的可打印的水泥组合物，其中所述纳米粘土包括亲水性膨润土。

6.根据权利要求3、4或5所述的可打印的水泥组合物，其中所述减水剂包括聚羧酸酯醚。

7.根据权利要求3、4、5或6所述的可打印的水泥组合物，其中所述消泡剂包括2-乙基-1-己醇。

8.根据权利要求3、4、5、6或7所述的可打印的水泥组合物，包含水。

9.一种用于创建3d结构体的方法，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述3d结构体为蜂窝状结构体。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述3d结构体为管状。

12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其中所述3d打印机包括墨水直写(diw)打印机。

13.根据权利要求9、10、11或12所述的方法，其中所述可打印的水泥组合物包含水。

14.一种用于创建3d结构体的方法，包括：

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述水泥包括美国石油学会(api)g级水泥。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述纳米粘土包括亲水性膨润土。

17.根据权利要求14、15或16所述的方法，其中所述减水剂包括聚羧酸酯醚。

18.根据权利要求14、15、16或17所述的方法，其中所述消泡剂包括2-乙基-1-己醇。

19.根据权利要求14、15、16、17或18所述的方法，其中所述3d结构体为蜂窝状结构体。

20.根据权利要求14、15、16、17、18或19所述的方法，其中所述3d结构体为管状。

21.根据权利要求14、15、16、17、18、19或20所述的方法，其中所述3d打印机包括墨水直写(diw)打印机。

22.根据权利要求14、15、16、17、18、19、20或21所述的方法，其中所述可打印的水泥组合物包含水。

技术总结
本发明提供了一种水泥墨水，其是用于3D水泥结构体和材料的3D打印(其还包括增材制造)的水泥墨水。该水泥墨水包含美国石油学会(API)G级水泥、纳米粘土、减水剂、羟乙基纤维素和消泡剂。纳米粘土可为亲水性膨润土。减水剂可为聚羧酸酯醚。消泡剂可为2‑乙基‑1‑己醇。还提供了用于形成水泥墨水的方法和使用该水泥墨水打印3D水泥结构体的方法。

技术研发人员：穆罕默德·M·拉赫曼,赛义德·穆罕默德·萨贾迪,阿肖克·库马尔,彼得·J·博尔,卡尔·泰姆利茨,普利克尔·M·阿贾安
受保护的技术使用者：沙特阿拉伯石油公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13