A sűrűség és a viszkozitás az kritikus paraméterek a 3D cementnyomtatásban, mivel közvetlenül befolyásolják a nyomtathatóság, szerkezeti integritásés réteg tapadás a nyomtatott anyagból. Beágyazott monitororing Ezen paraméterek kulcsfontosságúak a robusztus valós idejű szabályozáshoz és a minőség biztosításához.
1. ábra: 3D cementnyomtatás [1]
Tartalomjegyzék
- Bevezetés
- Cementadalékanyag-gyártási folyamat
- Folyamat és felügyeletoring Kihívások
- Rheonics Beépített sűrűség- és viszkozitásérzékelők
1. Bevezetés
Az additív gyártás az évek során jelentős fejlődésen ment keresztül, és számos iparágban vált relevánssá, mint például 3D cement- vagy betonnyomtatás (3DCP). Más néven beton additív gyártás, ez egy élvonalbeli technológia, amely lehetővé teszi a cementalapú anyagokból készült szerkezetek automatizált, rétegenkénti építését. A hagyományos betonépítéssel ellentétben, amely zsaluzatot és hatalmas kézi munkaerőt igényel, a közvetlenül a 3D nyomtatás cement alapú keverékek extrudálására egy előre programozott digitális modellt követve, ami nem sokban különbözik a jól ismert polimer 3D nyomtatásoktól. Különböző 3DCP technológiák lehetségesek, mint például a kötőanyag-szórás és az anyagszórás, de az extrudálás a domináns módszer. Ez a technológia számos előnnyel jár, többek között kevesebb anyaghulladék, gyorsabb kivitelezési idő és nagyobb tervezési rugalmasságEnnek eléréséhez azonban kulcsfontosságú az anyagösszetétel, az extrudálási paraméterek és a kikeményedési feltételek monitorozása és optimalizálása egységességének biztosítása érdekében nyomtathatóság, anyagkonzisztencia, rétegek közötti megfelelő kötés, környezetvédelemStb
Ez a cikk kiemeli a viszkozitás és a sűrűséghez hasonló kulcsfontosságú paraméterek jelentőségét a 3D cementnyomtatásban, és azt, hogy hogyan... Rheonics Az érzékelők valós idejű, soron belüli mérést tesznek lehetővé a monitorozáshozoring és ellenőrzés.
PERI 3D építési nyomtatás: Az első 3D nyomtatással készült lakóépület Németországban – [1]
2. Cementadalékanyag-gyártási folyamat
2. ábra: A 3D cementnyomtatási folyamat áttekintése
Tágabb értelemben a 3D cementnyomtatás folyamata a következő lépésekre osztható [2]:
Előkeverék
Az előre adagolt anyagokat összekeverik, hogy kifejezetten a 3DCP-hez kifejlesztett cementet kapjanak. Ez általában cementet, homokot, adalékanyagokat és néha szálakat tartalmaz a szilárdság és a bedolgozhatóság javítása érdekében. Számos vállalat már kínál ilyen előkevert anyagot 3D cementnyomtatásra készen. A kezdeti fejlesztések sűrítőanyagokat használtak a magas folyáshatár biztosítására az extrudálás után, míg a legújabb fejlesztések lassítószereket használnak a friss anyag kötési folyamat közbeni megakadályozására, gyorsítókkal kombinálva, amelyek ellensúlyozzák a lassító hatást és gyorsabb kötési időt eredményeznek.
Keverés
A száraz anyag hidratálási folyamata főként víz hozzáadásával. A keverés történhet szakaszosan vagy folyamatos eljárással. Egyes eljárások egy második keverési fázist alkalmaznak közvetlenül az extrudálás előtt, a felhasznált folyadéktól függően.
közlekedés
A beton szállítása általában progresszív üreges szivattyúkat igényel, de pozitív térfogatkiszorításos dugattyús szivattyúkat is használnak. A friss betonanyag folyamatos ellátása elengedhetetlen a sikeres nyomtatási művelethez. Általánosságban a cél a gyakori nyomtatási leállások elkerülése, valamint az, hogy a sebesség ne haladja meg az anyag maximális függőleges építési sebességét.
3. ábra: Progresszív üreges szivattyúk [3]
Az extrudálás a 3D cementnyomtatás kritikus lépése, amely az anyag extrudálásából áll egy fúvókán vagy szerszámon keresztül, amely egy robotkarra vagy gantry rendszerre van szerelve, amely képes 3 irányban normálisan mozogni, és egy előre programozott digitális modellt követ. Minden réteg az előzőhöz kapcsolódik, fokozatosan felépítve a szerkezetet. A fúvókák lehetnek passzív fúvókák vagy szabályozott lerakódású csigafúvókák. Az előbbinél a szállítószivattyú-rendszer maga végzi az extrudálást, míg az utóbbi egy nyitott garattal és egy adagolócsigával rendelkezik az anyag közvetlen extrudálására, ami nagyobb pontosságot tesz lehetővé az áramlásszabályozásban.
4. ábra: Cementnyomtatási extrudáláshoz használt portálrendszer [4]
3. Folyamat és felügyeletoring Kihívások
A beton folyékony viselkedése számos kihívást jelent a monitorozásban.oring reológiai tulajdonságairól. A betonnak van egy folyáshatára, ami azt jelenti, hogy egy bizonyos nyírófeszültség alatt szilárd anyagként viselkedik, és folyékonyan viselkedik, ha ezt a nyírófeszültséget meghaladja. Ezenkívül egyértelműen szükséges a nagyfokú folyóképesség a pumpálás során, de a nagy merevség és a bizonyos szilárdság is, hogy az extrudálás után megtartsa alakját.
A viszkozitás a folyadék áramlási ellenállását és konzisztenciáját jelzi, míg a sűrűség a folyadék homogén keveredésének (pl. víz-cement arány) jelzője, amely befolyásolja a szilárdságot, a nyomtathatóságot és a kötési időt. Általában a viszkozitás és a sűrűség monitorozása...oring szükséges meghatározni:
- Nyomtathatóság (alakmegtartás a lerakódás után, támogatott rétegek száma)
- Anyagszilárdság
- Nyomtatási minőség
- Szárítási zsugorodás
- Kerülje az extruder elakadását
Az anyagtulajdonságok monitorozása mellettoringA nyomtatási paraméterek és a kikeményedési körülmények ismerete kulcsfontosságú a 3D betonnyomtatási folyamatban.
4. Rheonics Beépített sűrűség- és viszkozitásérzékelők
Ábra 5: Rheonics Beépített viszkozitásmérő (SRV) és sűrűség- és viszkozitásmérő (SRD) hosszú behelyezésű változat NPT 1.25” menetes csatlakozással
Rheonics beépített folyamatsűrűség- és viszkozitásmérőket kínál valós idejű monitorozáshozoring betonból.
Rheonics SRV Inline viszkoziméterEz az érzékelő valós időben méri a viszkozitás és a hőmérséklet széles skáláját, és alkalmas tartályokba történő beépítésre a keverési folyamatok monitorozására, valamint csővezetékekbe az áramló folyadék folyamatos mérésére. Rheonics Az SRV kifejezetten alkalmas nagy sebességű keverési folyamatokhoz, és nem befolyásolja a folyadékban lévő buborékok jelenléte vagy a külső rezgések.
Rheonics SRD Inline sűrűség- és viszkozitásmérő: Ez az érzékelő valós időben méri a sűrűséget, a viszkozitást és a hőmérsékletet. Leginkább állandó keverési sebességű csővezetékekbe és tartályokba történő telepítésre alkalmas. Az SRD sűrűséget ad a mérésekhez, lehetővé téve a további folyadékkoncentráció-számításokat, azonban szűkebb mérési viszkozitási tartománnyal rendelkezik az SRV-hez képest, és a buborékok magas koncentrációja zajt adhat a mérésekhez a sűrűségmérés miatt. Az SRD-t nem befolyásolják a külső rezgések.
Több SRV és SRD (SR típusú) érzékelő szonda közül választhat, hogy megfeleljen az adott telepítési követelményeknek. Látogasson el a weboldalra. SRV viszkoziméter változatok és a SRD sűrűség- és viszkozitásmérő változatok.
Telepítés
A beton egy szemcsés folyadék, amely folyadékból, főként a keverés során hozzáadott vízből, és általában finom részecskékből, például szilícium-dioxid porból, pernyéből, salakból stb. áll. Összetételének és gyakori koptató tulajdonságainak köszönhetően, Rheonics a következő telepítési követelményekkel rendelkezik a beton viszkozitásának és sűrűségének méréséhez az SR típusú érzékelőkkel.
- Telepítés könyökcsőbe
6. ábra: SRD sűrűség- és viszkozitásmérő könyökének beszerelési példája
Rheonics érzékelő hosszú beszúró szondák A könyökös beépítésű (SR-X5 típusú) érzékelő nagyon jó megoldás betonvezetéken belüli mérésekhez. A könyökös beépítés lehetővé teszi, hogy a folyadék párhuzamosan vagy axiálisan kerüljön az érzékelő szonda érzékelő eleméhez, míg a hosszú behelyezési kialakítás az érzékelő elemet beljebb helyezi a vezetékben, ahol a folyadék áramlása egyenletesebb, mint a fal közelében. Ez biztosítja, hogy az érzékelő elem mindig tiszta maradjon (az áramlás tisztán és lerakódásoktól mentesen tartja).
Hosszú behelyező szonda esetén az ügyfél meghatározhatja a behelyezési hosszt (A) és a folyamatcsatlakozást (B). A következő táblázat egy gyakori megoldást mutat be NPT 1.25”-os menetes csatlakozás és könyökfej használatával.
7. ábra: Az SRD sűrűség- és viszkozitásmérő könyökének beszerelési rajza
További beépítési példákat találhat a kanyaríveknél cikkünkben: SR típusú viszkozitás- és sűrűségmérők telepítése könyökcsövekbe
- Telepítés Rheonics Stargate
Az SRV vagy SRD Stargate (SG) változat nagy viszkozitású és nagy sebességű folyadékokhoz alkalmas, minimalizálva a szonda lerakódásait és terheléseit, mivel egy lapkacellás kialakítással rendelkezik, amely a szondát egyenes vonalban középre helyezi.
A előny A Stargate telepítés előnye, hogy a legkevesebb szennyeződéssel jár, és csökkentheti a szonda kopását. Ennél a telepítésnél a fő szempont az adapterek szükségessége a folyamathoz való csatlakozáshoz. Rheonics ajánlatok Tri-Clamp adapterek, amelyek általában nem alkalmasak cement- vagy betonalkalmazásokhoz. Emiatt az ügyfélnek a Stargate mechanikai illesztési rajzait kell követnie, hogy azt a folyamathoz igazítsa.
- Merőleges beépítés
A merőleges beszerelésnél a szonda 90°-os szögben helyezkedik el a folyadék áramlásától. Ennek a beszerelésnek a fő előnye az egyszerűsége. Normális esetben egy Rheonics menetes csatlakozású (G1/2 vagy NPT 3/4”) érzékelő szondát használnak, és a telepítéshez hegesztőidom szükséges (HAW-12G-OTK or WOL-34NL). Ez alkalmas lehet keverés utáni, tömlők közötti, vagy közvetlenül az extrudáló szerszám vagy a nyomtatófej előtti telepítésekhez.
Ez a telepítés azonban hajlamos a lerakódásokra vagy felhalmozódásokra a szonda körül, amelyek befedhetik az érzékelő elemet, és így befolyásolhatják az érzékelő által mért értékeket. A folyadéklerakódások gyakoriak a nagy viszkozitású folyadékok, például a cement vagy a beton esetében. Az ügyfélnek ügyelnie kell arra, hogy elkerülje a lerakódásokra hajlamos zónákat (holt zónák), és tisztítsa meg a szondát, ha lerakódások képződnek.
8. ábra: Rövid érzékelő szonda merőleges, egyenes vonalú beépítése
5. Telepítési szempontok
Erózió okozta kopás
A betonalkalmazások során az érzékelő szondái kopásnak lehetnek kitéve a folyadék eróziós hatása miatt a szonda felületén. Ilyen esetekben a szondákat egy bizonyos idő elteltével ki kell cserélni. A felhasználóknak csak új szondát kell kérniük, miközben az érzékelő kábele és az elektronika a helyén marad. A szonda élettartama ilyen körülmények között az áramlási sebességtől, a folyadékban lévő részecskéktől, a munkaciklustól stb. függ. Ez előre nem becsülhető meg, de Rheonics Az érzékelők konfigurálhatók úgy, hogy mutassák a felhasználóknak a kopás mértékét, és figyelmeztessenek, ha cserére van szükség.
Nedvesített anyag
Rheonics A cementhez való érzékelő szondák 316L rozsdamentes acélból készülnek. Tudjon meg többet a szondaanyagokról itt: Rheonics viszkoziméter sűrűség anyag kémiai kompatibilitás
Áramlási sebességkorlátozás
Rheonics Az SRV és SRD szondák akár 10 m/s áramlási sebességgel is kompatibilisek. A könyökbe történő párhuzamos beépítés csökkenti az áramlási sebesség hatását a szondákra, de az ebben a tartományban lévő sebességek továbbra is túl sok zajt adhatnak a mérési eredményekhez. További információ SR típusú szondák nagy viszkozitású és sebességű folyadékokkal.
Részecskék a folyadékban
A mért folyadékban lévő részecskék jelenléte összefügg a szonda kopási hatásaival. Normális esetben a mikronos nagyságrendű lágy részecskék nem befolyásolják az érzékelő mérését. Ezek csak zajt okozhatnak a mérésekben, amelyet az érzékelő elektronikája kiszűrhet. A milliméteres vagy centiméteres nagyságrendű nagyobb vagy keményebb részecskék nagyon magas zajszintet okozhatnak a mérésekben, vagy akár károsíthatják a szondát, ezért ezeket a részecskéket el kell kerülni.
Referenciák
[1] PERI 3D építési nyomtatás: Az első 3D nyomtatott lakóépület Németországban (EN)
[2] https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1814422/SUMMARY01.pdf
[3] PCM EcoMoineau™ C többcélú rozsdamentes acél progresszív csőszivattyú
[4] Megoldás | COBOD International
[5] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321618300714
