一、前言

3D打印技术又称增材制造技术，是于近几年兴起的一种快速成型技术，被称为”第三次工业革命的重要标志之一”。3D打印技术目前主要被应用于产品原型、磨具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些领域传统以来的精细加工工艺。除此之外，该技术在鞋类、建筑、工程和施工、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、武器制造、生物工程以及其他多个领域也被广泛应用。

石膏材料是目前3D 打印技术普遍采用的材料，并且它是现今唯一能实现全彩打印的材料。石膏材料制备和应用过程只是发生脱水和水化反应，没有其他物质产生，并且理论上它可以无限次循环使用。因此，石膏材料在3D 打印领域具有不可替代的作用。但是，目前石膏3D打印材料不仅价格高昂，其打印的制品强度也不是很大。这主要是由于3D打印的工艺特点，导致打印过程中水化产物之间的作用力较小，从而使得其强度较低。

本课题研究半水石膏材料在3D打印过程中的水化和固化过程，水化产物的特点以及它们之间的搭接情况等，从而为石膏3D打印材料的制备以及打印制品性能的提升提供支撑。

二、正文

世界各国正在不断加强 3 D 打印技术的研发及应用。欧盟和美国引领着世界 3 D打印技术的发展 ，并在该技术的应用和推广领域获得先机。美国将” 3 D打印” 研发中心作为新建的 1 5 个国家制造创新中心之首， 政府直接投资3 0 0 0 万美元进行支持 ；近 日，美国国家航空航天局和洛克达因公司共同完成了3 D打印火箭发动机喷射器的测试， 工时和成本骤降，全尺寸 3 D打印零件将是未来美国开发的重点方向 ；欧洲也十分重视对 3 D打印技术的研发应用， 英国《经济学人》 杂志是最早将 3 D打印称为” 第三次 工业革命的引擎” 的媒体 ； 2 0 1 3 年 1 0 月份 ， 欧洲航天局公布了” 将 3 D打印带入金属时代” 的计划， 旨在为宇宙飞船、飞机和聚变项目制造零部件 ， 最终的目标是采用3 D打印技术实现由一整块金属构成、不需要焊接或熔合的整颗卫星的整体制造 ； 澳大利亚在 2 0 1 3 年制定了金属 3 D打印技术路线 ，并于 2 0 l 3 年 6 月 揭牌成立” 中澳轻金属联合研究中心( 3 D打印)； 德国将” 选择性激光熔结技术” 列入 ” 德国光子学研究”； 日本着力推动 3 D打印产业链后端，不断尝试将本国已取得的技术成果在工业中进行推广和应用 ；南非政府将目光投向大型 3 D打印机设备的研制和开发，将核心激光设备研制与扶持激光技术协同发展 ；我国地方政府也非常重视 3 D打印产业 ，珠海、青岛、四川双流、南京等地先后建立了多个 3 D 打印技术产业创新中心和科技园。

3 D打印技术在我国还处于发展初期， 产业体量相对较小。 同时，中国制造业各个环节对 3 D打印技术的认识还存在很多不足。从实际发展情况来看 ，截至目前 3 D打印并没有实现成熟的产业化，从设备到产品再到服务仍停留在” 高级玩具” 阶段。 但是， 国 内从政府到企业 ，普遍认可 3 D打印技术的发展前景， 政府和社会普遍关注未来 3 D打印技术将对我国现有的生产、 经济、制造模式等造成的影响。

石膏的化学本质是硫酸钙，通常所说的石膏是指生石膏，化学本质是二水硫酸钙（CaSO4#183;2H2O） 。当其再干燥条件下128℃是会失去部分结晶水变为β-半水石膏，其化学本质是β-半水硫酸钙（β-CaSO4#183;1/2H2O） ，如果其在饱和蒸汽压在时会失去部分结晶水变为α-半水石膏，其化学本质是α-半水硫酸钙（α-CaSO4#183;1/2H2O） ，这两个半水石膏化学式相同，结构不同。它们继续脱去结晶水形成无水石膏，化学本质是无水硫酸钙（CaSO4）。

α型半水石膏的主要生产方法为加压水蒸气法，水热法（加压水溶液法和常压盐溶液法），其中又以盐溶液法研究较为广泛。α-半水石膏的形成为溶解再结晶的过程，二水石膏在饱和蒸汽或盐类溶液介质中首先脱去 3/2 个结晶水，形成半水石膏雏晶，该雏晶处于液态水的环境下，在适合的温度条件下很快溶解，使得液相中半水石膏的浓度不断增大，当其达到过饱和度时，半水石膏迅速结晶，形成致密粗大的α-半水石膏晶体。

半水石膏遇水后 ,经历了一系列的物理化学变化 ,这些变化过程可以分解为:溶解一水合一过饱和一形成晶核一晶核成长 ,最后成为具有一定强度和硬度能够吸水的二水石膏。石膏浆凝固硬化过程为过饱和结晶过程 ,这一过程的主要推动力是溶液的过饱和度。