3D打印模拟月壤道路材料制备与性能研究

摘要

为了制备可用于3D打印的模拟月壤道路材料，对月球原位资源利用进行初期探索，以水胶比0.28～0.32的BH-1模拟月壤地聚合物浆体为打印墨水，采用动态剪切流变试验测试了打印温度在40℃～80℃下浆体的流动曲线，通过宾汉姆模型拟合得到了屈服应力和塑性黏度2个流变参数，以上行流动曲线和下行流动曲线计算得到的触变环面积表征材料的剪切破坏特性。利用3D打印机的送料机构研究了浆体的可挤出性和施工时限，并确定了二者与流变参数的关系。提出了一种利用三维轮廓扫描仪提取3D打印试件表面三维点云，进而获取材料整体变形和表面纹理的测试方法，以对材料的可建造性进行定量评价。最后研究了不同填充率对3D打印试件力学性能和打印效率的影响。结果表明：BH-1模拟月壤地聚合物浆体呈剪切变稀特性，屈服应力和塑性黏度随水胶比增大而减小，随静置时间延长而增大，且打印温度越高，增长速度越快；能够完成挤出的材料屈服应力上限值为1 090 Pa,塑性黏度为11.5 Pa·s;水胶比越大，打印温度越低，对应的材料可挤出性越强，施工时限越长；提升打印温度有利于提升材料的可建造性，在所有试验组中，水胶比为0.32,打印温度为80℃时可以在满足可挤出性和较长施工时限的前提下，有效控制打印试件的变形；降低填充率会导致材料力学性能下降，但是能够提升3D打印速度，节约材料。