Hustota a viskozita jsou kritické parametry v 3D tisku cementu, protože přímo ovlivňují potiskovatelnost, strukturální integrita, a adheze vrstev tištěného materiálu. Monitorování těchto parametrů přímo v tiskárně je klíčové pro robustní kontrolu v reálném čase a zajištění kvality.
Obrázek 1: 3D tisk cementu [1]
Obsah
- Úvod
- Proces výroby cementových přísad
- Problémy s procesy a monitorováním
- Rheonics Inline senzory hustoty a viskozity
1. Úvod
Aditivní výroba v průběhu let dosáhla významného pokroku a získala si uplatnění v různých odvětvích, jako je např. 3D tisk cementu nebo betonu (3DCP). Také známý jako aditivní výroba betonu, jedná se o špičkovou technologii, která umožňuje automatizovanou vrstvu po vrstvě konstrukcí s použitím cementových materiálů. Na rozdíl od tradiční betonové konstrukce, která vyžaduje bednění a obrovské množství manuální práce, 3D tisk přímo extruduje směsi na bázi cementu podle předem naprogramovaného digitálního modelu, což se příliš neliší od známých 3D tisků polymerů. Jsou možné různé technologie 3DCP, jako je tryskové nanášení pojiva a tryskové nanášení materiálu, ale extruze je převládající metodou. Tato technologie nabízí několik výhod, včetně snížený odpad materiálu, rychlejší doba výstavby a větší flexibilita návrhuK dosažení tohoto cíle je však klíčové monitorovat a optimalizovat složení materiálu, parametry extruze a podmínky vytvrzování zajistit jednotnost tisknutelnost, konzistence materiálu, správné spojení mezi vrstvami, kontrola vlivů prostředí, Etc.
Tento článek zdůrazňuje důležitost klíčových parametrů, jako je viskozita a hustota, při 3D tisku cementu a jak... Rheonics senzory umožňují měření v reálném čase pro účely monitorování a řízení.
3D tisk staveb PERI: První obytná budova vytištěná na 3D tiskárně v Německu – [1]
2. Proces výroby cementových aditiv
V širším smyslu lze proces 3D tisku cementu rozdělit do následujících kroků [2]:
Předmíchání
Předmíchané materiály se smíchají, aby se získal cement speciálně vyvinutý pro 3DCP. To obvykle zahrnuje cement, písek, přísady a někdy i vlákna pro zlepšení pevnosti a zpracovatelnosti. Několik společností již nabízí tento předmíchaný materiál připravený pro 3D tisk cementu. Počáteční vývoj používal zahušťovadla k zajištění vysoké meze kluzu po extruzi, zatímco nedávný vývoj používá zpomalovače, aby se zabránilo tuhnutí čerstvého materiálu během procesu čerpání, v kombinaci s urychlovači, které působí proti zpomalovacímu účinku a urychlují doby tuhnutí.
Míchání
Proces hydratace suchého materiálu převážně přidáváním vody. Míchání může probíhat buď po dávkách, nebo kontinuálně. Některé procesy používají druhou fázi míchání těsně před extruzí pro různé účely související s použitou kapalinou.
DOPRAVA
Doprava betonu obvykle vyžaduje použití progresivních dutinových čerpadel, lze zde narazit i na objemová pístová čerpadla. Pro úspěšný tisk je nezbytný stálý přísun čerstvého betonového materiálu. Obecně je cílem vyhnout se častým zastavením tisku a zajistit, aby rychlost nepřekročila maximální vertikální rychlost nanášení materiálu.
Extruze je kritickým krokem v 3D tisku cementu a spočívá v vytlačování materiálu tryskou nebo matricí namontovanou v robotickém rameni nebo portálovém systému, který se dokáže normálně pohybovat ve 3 směrech a řídí se předprogramovaným digitálním modelem. Každá vrstva se spojuje s předchozí a postupně vytváří strukturu. Trysky mohou být buď pasivní, nebo řízené šnekové trysky. První z nich dosahuje vytlačování samotným dopravním čerpacím systémem, zatímco druhé jsou vybaveny otevřenou násypkou s podávacím šnekem pro přímé vytlačování materiálu, což umožňuje vyšší přesnost v řízení toku.
3. Problémy s procesy a monitorováním
Tekuté chování betonu představuje mnoho výzev při monitorování jeho reologických vlastností. Beton má mez kluzu, což znamená, že se chová jako pevná látka pod určitým smykovým napětím, které na něj působí, a tekuté chování, když je toto smykové napětí překročeno. Kromě toho existuje jasná nutnost vysoké tekutosti během čerpání, ale také vysoké tuhosti a určité pevnosti, aby si beton po vytlačování udržel tvar.
Viskozita udává odpor kapaliny vůči toku a také její konzistenci, zatímco hustota se používá jako ukazatel homogenního promíchání kapaliny (např. poměr vody k cementu), který ovlivňuje pevnost, tisknutelnost a dobu tuhnutí. Obecně je sledování viskozity a hustoty nutné k určení:
- Tisknutelnost (zachování tvaru po nanesení, počet podporovaných vrstev)
- Pevnost materiálu
- Kvalita tisku
- Smrštění při sušení
- Zabraňte zasekávání na extruderu
Kromě sledování vlastností materiálu je v procesu 3D tisku betonu klíčová znalost parametrů tisku a podmínek vytvrzování.
4. Rheonics Inline senzory hustoty a viskozity
Rheonics nabízí inline měřiče hustoty a viskozity pro monitorování betonu v reálném čase.
Rheonics Inline viskozimetr SRVTento senzor měří v reálném čase široký rozsah viskozity a teploty a je vhodný pro instalaci v nádržích pro monitorování procesů míchání a v potrubích pro kontinuální měření proudící kapaliny. Rheonics SRV je speciálně vhodný pro vysokorychlostní míchání a není ovlivněn přítomností bublin v kapalině ani vnějšími vibracemi.
Rheonics SRD Inline hustoměr a viskozitaTento senzor měří hustotu, viskozitu a teplotu v reálném čase. Je nejvhodnější pro instalaci v potrubích a nádržích s konstantní rychlostí míchání. SRD přidává k měřením hustotu, což umožňuje další výpočty koncentrace kapaliny, má však užší rozsah měření viskozity ve srovnání s SRV a vysoká koncentrace bublin může v důsledku měření hustoty přidávat šum k odečtům. SRD není ovlivněn vnějšími vibracemi.
Pro splnění specifických instalačních požadavků je k dispozici několik senzorových sond SRV a SRD (typ SR). Navštivte Varianty viskozimetrů SRV si Varianty měřičů hustoty a viskozity SRD.
Instalace
Beton je granulovaná tekutina složená z kapaliny, převážně vody přidávané během míchání, a obvykle jemných částic, jako je křemičitý úlet, popílek, struska atd. Díky svému složení a běžným abrazivním vlastnostem... Rheonics má následující instalační požadavky pro měření viskozity a hustoty betonu pomocí senzorů typu SR.
- Instalace do kolena Sweep
Rheonics senzor dlouhé zapichovací sondy (Typ SR-X5) v kolenní instalaci je velmi dobrým řešením pro měření v betonu. Kolenní instalace umožňuje, aby kapalina proudila rovnoběžně nebo axiálně se snímacím prvkem sondy, zatímco konstrukce s dlouhým zasouváním umisťuje snímací prvek dále v potrubí, kde je tok kapaliny rovnoměrnější než u stěny. To zajišťuje, že snímací prvek zůstává vždy čistý (průtok jej udržuje čistý a bez usazenin).
U dlouhé zapichovací sondy si klient může definovat délku zapichování (A) a procesní připojení (B). Následující tabulka ukazuje běžné řešení s použitím závitového připojení NPT 1.25” a kolena.
Další příklady instalace šikmých oblouků naleznete v našem článku: Instalace viskozimetrů a hustoměrů typu SR do rozdělovacích kolíků
- Instalace s Rheonics Stargate
Varianta SRV nebo SRD Stargate (SG) je vhodná pro vysoce viskózní a vysokorychlostní kapaliny, čímž minimalizuje usazeniny a zatížení sondy, protože má konstrukci destičkové buňky, která umisťuje sondu do středu v přímce.
Jedno výhoda Výhodou instalace Stargate je, že bude mít co nejmenší množství znečištění a může snížit oděr sondy. Hlavním hlediskem pro tuto instalaci je požadavek na adaptéry pro připojení k procesu. Rheonics nabídek Tri-Clamp adaptéry, které obecně nejsou vhodné pro cementové nebo betonové aplikace. Z tohoto důvodu by se klient měl řídit výkresy mechanického rozhraní zařízení Stargate, aby jej přizpůsobil danému procesu.
- Kolmá instalace
Kolmá instalace umisťuje sondu pod úhlem 90° od proudění kapaliny. Hlavní výhodou této instalace je její jednoduchost. Obvykle... Rheonics Používá se senzorová sonda se závitovým připojením (G1/2 nebo NPT 3/4”) a pro instalaci je nutná svařovací tryska (HAW-12G-OTK or WOL-34NL). To může být vhodné pro instalace po míchání, mezi hadicemi nebo těsně před extruzní matricí či tiskovou hlavou.
Tato instalace je však náchylná k usazeninám nebo hromadění kolem sondy, které mohou zakrýt snímací prvek a ovlivnit tak odečty senzoru. Usazeniny kapalin jsou běžné u kapalin s vysokou viskozitou, jako je cement nebo beton. Klient by se měl vyhnout oblastem náchylným k usazeninám (mrtvým zónám) a v případě tvorby usazenin sondu vyčistit.
5. Aspekty instalace
Abraze erozí
Betonové aplikace mohou vystavit sondy senzoru oděru v důsledku eroze materiálu povrchu sondy působením kapaliny. V těchto případech je nutné sondy po určité době vyměnit. Uživatelé si stačí pouze vyžádat novou sondu, přičemž kabel senzoru a elektronika zůstanou na místě. Životnost sondy v těchto podmínkách závisí na průtoku, částicích v kapalině, pracovním cyklu atd. To nelze předem odhadnout, ale Rheonics Senzory lze nakonfigurovat tak, aby uživatelům zobrazovaly úroveň opotřebení a varovaly je, když je nutná výměna.
Vlhčený materiál
Rheonics Sondy pro měření cementu jsou nabízeny z nerezové oceli 316L. Více informací o materiálech sond naleznete zde: Rheonics chemická kompatibilita materiálu s hustotou viskozimetru
Omezení rychlosti proudění
Rheonics Sondy SRV a SRD jsou kompatibilní s rychlostmi proudění až do 10 m/s. Paralelní instalace v koleni snižuje vliv rychlosti proudění na sondy, ale rychlosti v tomto rozsahu mohou stále přispívat k přílišnému šumu v odečtech. Více se dozvíte na Sondy typu SR s kapalinami s vysokou viskozitou a rychlostí.
Částice v tekutině
Přítomnost částic v měřené kapalině souvisí s abrazivními účinky na sondu. Měkké částice o velikosti řádu mikronů obvykle neovlivňují měření senzoru. Ty mohou v odečtech pouze způsobovat šum, který může elektronika senzoru filtrovat. Větší nebo tvrdé částice o velikosti milimetrů nebo centimetrů mohou v odečtech vytvářet velmi vysokou úroveň šumu nebo dokonce poškodit sondu, proto je třeba se těmto částicím vyhnout.
Reference
3D tisk staveb PERI: První obytná budova vytištěná na 3D tiskárně v Německu (EN)
https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1814422/SUMMARY01.pdf
PCM EcoMoineau™ C víceúčelové nerezové progresivní vřetenové čerpadlo
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321618300714
