喷嘴的截面是圆形的，这样打印出来的样品因为会坍塌，就会变成腰鼓形的结构，在打印体内部会形成空腔。这个课题的第一个任务就是对这个 3D 打印机的喷嘴部分进行改进，来解决 3D 打印水泥基材料出现冷缝和空腔的问题。首先要设计砂浆的配合比，然后按照配合比方案称取实验材料。把水泥和纳米黏土混在一起，在搅拌机里均匀搅拌 30 秒。接着把水和减水剂加到搅拌锅里，用低速搅拌到均匀。30 秒后加入实验用的砂，加砂的过程要在 30 秒内匀速完成。加完砂就停止搅拌，用铲子把搅拌锅边缘的物料刮掉，然后用低速（65 转每分钟）搅拌 60 秒，低速搅拌完再停止搅拌，又用铲子把搅拌锅边缘的物料刮掉，最后快速（137 转每分钟）搅拌 90 秒。搅拌结束后，根据拌合物的状态，静置适当的时间。生胚强度的测试是在压力测试机上测量，这叫抗压测试，一直测到出现明显的塑性变形或者表面开裂为止，这样就能算出生胚强度。经时的砂浆生胚强度测试是在试样样品拌和后每隔 15 分钟制备生胚进行测试。3D 打印的砂浆体因为层和层之间有冷缝，所以性能上会有很明显的各向异性，不能只用单纯的抗压实验来测试。这个课题通过三向抗压实验、三点抗折实验和两点劈裂实验这三种方式一起评价 3D 打印砂浆的层间结合性能。

3D 打印水泥基材料和其他几种增材制造的材料不一样。金属、塑料或者树脂这些材料可以在熔融状态或者光照下结合在一起，但是水泥基材料得通过送料装置不断挤出来，一层一层打印出实体。在打印的过程中，水泥会不断进行水化反应，同时内部会产生絮结，它的流动性能会随着时间变化不断变化，而且它的打印性能对时间、材料配比以及打印设备这些因素非常敏感，所以需要针对这个实验室的打印机设计合适的材料。水泥基材料通常需要几个小时才能有足够的强度自己支撑起来。这和金属、热塑性塑料在增材制造中的应用完全不一样。在金属增材制造里，材料几秒钟就能固化并且自己支撑起来。