Monitororing Gustoća i viskoznost u 3D printanju cementa

Slika 1: 3D ispis cementa [1]

Tablica sadržaja

1. Uvod
2. Proces proizvodnje aditiva za cement
3. Proces i praćenjeoring Izazovi
4. Rheonics Ugrađeni senzori gustoće i viskoznosti
   1. Montaža
   2. Razmatranja o instalaciji

1. Uvod

Aditivna proizvodnja je tijekom godina postigla značajan napredak i dostigla je važnost u različitim industrijama poput 3D ispis cementa ili betona (3DCP), Također poznat kao aditivna proizvodnja betona, ovo je vrhunska tehnologija koja omogućuje automatiziranu izgradnju konstrukcija sloj po sloj korištenjem cementnih materijala. Za razliku od tradicionalne betonske gradnje, koja zahtijeva oplate i ogroman ručni rad, 3D ispis izravno ekstrudira smjese na bazi cementa slijedeći unaprijed programirani digitalni model, ne toliko različit od dobro poznatih 3D ispisa polimera. Moguće su različite tehnologije 3DCP-a, poput mlaznog nanošenja veziva i mlaznog nanošenja materijala, ali ekstruzija je dominantna metoda. Ova tehnologija nudi nekoliko prednosti, uključujući smanjeni otpad materijala, brže vrijeme gradnje i veća fleksibilnost dizajnaMeđutim, da bi se to postiglo, ključno je pratiti i optimizirati sastav materijala, parametre ekstruzije i uvjete vulkanizacije kako bi se osigurala uniformnost ispisivost, konzistentnost materijala, ispravno lijepljenje između slojeva, kontrola okoliša, Itd

Ovaj članak ističe važnost ključnih parametara poput viskoznosti i gustoće u 3D printanju cementa i kako... Rheonics senzori omogućuju mjerenje u stvarnom vremenu za praćenjeoring i kontrolu.

PERI 3D printanje u građevinarstvu: Prva 3D printana stambena zgrada u Njemačkoj – [1]

2. Proces proizvodnje aditiva za cement

Slika 2: Pregled procesa 3D ispisa cementa

U širem smislu, proces 3D printanja cementa može se podijeliti u sljedeće korake [2]:

Prethodno miješanje
Materijali za prethodno doziranje miješaju se kako bi se dobio cement posebno razvijen za 3DCP. To općenito uključuje cement, pijesak, aditive, a ponekad i vlakna za poboljšanje čvrstoće i obradivosti. Nekoliko tvrtki već nudi ovaj prethodno miješani materijal spreman za 3D printanje cementa. Početni razvoji koristili su sredstva za zgušnjavanje kako bi se osigurala visoka granica tečenja nakon ekstruzije, dok noviji razvoji koriste usporivače kako bi se spriječilo stvrdnjavanje svježeg materijala tijekom procesa pumpanja, u kombinaciji s akceleratorima koji suzbijaju učinak usporavanja i potiču brže vrijeme stvrdnjavanja.

Miješanje
Proces hidratacije suhog materijala uglavnom dodavanjem vode. Miješanje se može provesti u serijama ili kontinuiranim postupkom. Neki procesi koriste drugu fazu miješanja neposredno prije ekstruzije za različite svrhe vezane uz korištenu tekućinu.

prijevoz
Prijevoz betona obično zahtijeva upotrebu progresivnih šupljinskih pumpi, a ovdje se mogu naći i klipne pumpe s pozitivnim volumenom. Konzistentna opskrba svježim betonskim materijalom ključna je za svaki uspješan tisak. Općenito, namjera je izbjegavati česte prekide u tisku i da brzina ne prelazi maksimalnu vertikalnu brzinu nanošenja materijala.

Slika 3: Progresivne kavitacijske pumpe [3]

Slika 4: Portalni sustav za ekstruziju cementnog tiska [4]

3. Obrada i praćenjeoring Izazovi

Fluidno ponašanje betona postavlja mnoge izazove u praćenjuoring njegovih reoloških svojstava. Beton ima granicu tečenja, što znači da se ponaša kao kruto tijelo ispod određenog smičnog naprezanja koje je na njega primijenjeno, i ponaša se kao fluidno kada je to smično naprezanje premašeno. Osim toga, postoji jasna potreba za visokom protočnošću tijekom pumpanja, ali i visokom krutošću i određenom čvrstoćom kako bi zadržao svoj oblik nakon ekstruzije.

Viskoznost pokazuje otpor tekućine tečenju, kao i njezinu konzistenciju, dok se gustoća koristi kao pokazatelj homogenosti miješanja tekućine (npr. omjer vode i cementa) što utječe na čvrstoću, ispisivost i vrijeme vezanja. Općenito se viskoznost i gustoća prateoring potrebno je utvrditi:

• Ispisivost (zadržani oblik nakon nanošenja, broj podržanih slojeva)
• Snaga materijala
• Kvaliteta ispisa
• Skupljanje sušenjem
• Izbjegavajte zaglavljivanje na ekstruderu

Osim praćenja svojstava materijalaoringPoznavanje parametara ispisa i uvjeta stvrdnjavanja ključno je u procesu 3D ispisa betona.

4. Rheonics Ugrađeni senzori gustoće i viskoznosti

Slika 5: Rheonics Inline viskozimetar (SRV) i mjerač gustoće i viskoznosti (SRD) s dugim umetkom i navojnim priključkom NPT 1.25”

Rheonics nudi linijske mjerače gustoće i viskoznosti procesa za praćenje u stvarnom vremenuoring od betona.

Rheonics SRV Inline viskozimetarOvaj senzor mjeri širok raspon viskoznosti i temperature u stvarnom vremenu i prikladan je za ugradnju u spremnike za praćenje procesa miješanja i u cjevovode za kontinuirano mjerenje protoka tekućine. Rheonics SRV je posebno prikladan za procese miješanja velikom brzinom i na njega ne utječe prisutnost mjehurića u tekućini ili vanjske vibracije.

Rheonics SRD Inline mjerač gustoće i viskoznostiOvaj senzor mjeri gustoću, viskoznost i temperaturu u stvarnom vremenu. Najprikladniji je za ugradnju u cjevovode i spremnike s konstantnom brzinom miješanja. SRD dodaje gustoću mjerenjima, omogućujući daljnje izračune koncentracije fluida, međutim, ima uži raspon mjerenja viskoznosti u usporedbi sa SRV-om, a visoka koncentracija mjehurića može dodati šum očitanjima zbog mjerenja gustoće. Na SRD ne utječu vanjske vibracije.

Nudi se više SRV i SRD (tip-SR) senzorskih sondi kako bi odgovarale specifičnim zahtjevima instalacije. Posjetite Varijante SRV viskozimetra i Varijante mjerača gustoće i viskoziteta SRD.

Montaža

Beton je granulirana tekućina sastavljena od tekućine, uglavnom vode dodane tijekom miješanja, i obično finih čestica poput silicijeve prašine, letećeg pepela, troske itd. Zbog svog sastava i uobičajenih abrazivnih svojstava, Rheonics ima sljedeće zahtjeve za instalaciju za mjerenje viskoznosti i gustoće betona senzorima tipa SR.

• Ugradnja u zakrivljeni koljen

Slika 6: Primjer ugradnje koljena mjerača gustoće i viskoznosti SRD

Rheonics senzor duge umetnute sonde (Tip-SR-X5) u koljenoj ugradnji je vrlo dobro rješenje za mjerenja u betonu. Koljenova ugradnja omogućuje da tekućina dolazi paralelno ili aksijalno s osjetilnim elementom sonde senzora, dok dugi dizajn umetanja smješta osjetilni element dalje u liniju gdje je protok tekućine ujednačeniji nego blizu zida. To osigurava da osjetilni element uvijek ostane čist (protok ga održava čistim i bez ikakvih naslaga).

S dugom umetnutom sondom, klijent može definirati duljinu umetanja (A) i procesni priključak (B). Sljedeća tablica prikazuje uobičajeno rješenje korištenjem navojnog priključka NPT 1.25” i koljena.

Slika 7: Crtež ugradnje koljena mjerača gustoće i viskoznosti SRD

Više primjera ugradnje zakrivljenih koljena pronađite u našem članku: Ugradnja mjerača viskoznosti i gustoće tipa SR u zakrivljene koljena

• Instalacija s Rheonics Stargate

Varijanta SRV ili SRD Stargate (SG) prikladna je za tekućine visoke viskoznosti i velike brzine, smanjujući naslage i opterećenja na sondi, budući da ima dizajn ćelije s pločicom koji postavlja sondu centrirano u ravnoj liniji.

The prednost Prednost Stargate instalacije je što će imati najmanju količinu onečišćenja i može smanjiti abraziju na sondi. Glavna stvar koju treba uzeti u obzir kod ove instalacije je potreba za adapterima za spajanje na proces. Rheonics nudi Tri-Clamp adapteri koji općenito nisu prikladni za primjenu s cementom ili betonom. Iz tog razloga, klijent bi trebao slijediti crteže mehaničkog sučelja Stargatea kako bi ga prilagodio procesu.

• Okomita instalacija

Okomita instalacija postavlja sondu pod kutom od 90° u odnosu na protok fluida. Glavna prednost ove instalacije je njezina jednostavnost. Normalno, Rheonics Koristi se senzorska sonda s navojnim priključkom (G1/2 ili NPT 3/4”) i za ugradnju je potreban zavarivač (HAW-12G-OTK or WOL-34NL). Ovo može biti prikladno za instalacije nakon miješanja, između crijeva ili neposredno prije ekstruzijske matrice ili glave za ispis.

Međutim, ova instalacija sklona je naslagama ili nakupinama oko sonde koje mogu prekriti osjetilni element i time utjecati na očitanja senzora. Naslage tekućine uobičajene su za tekućine visoke viskoznosti poput cementa ili betona. Klijent treba paziti da izbjegava područja sklona naslagama (mrtve zone) i očistiti sondu ako se stvore naslage.

Slika 8: Kratka senzorska sonda okomito postavljena u ravnoj liniji

5. Razmatranja o instalaciji

Abrazija erozijom
Primjene u betonu mogu izložiti senzorske sonde abraziji zbog erozijskog djelovanja tekućine na površinski materijal sonde. U tim slučajevima, sonde bi trebalo zamijeniti nakon određenog vremena. Korisnici samo trebaju zatražiti novu sondu, dok kabel senzora i elektronika ostaju na mjestu. Vijek trajanja sonde u tim uvjetima ovisi o brzini protoka, česticama u tekućini, radnom ciklusu itd. To nije moguće unaprijed procijeniti, ali Rheonics Senzori se mogu konfigurirati tako da korisnicima pokazuju razinu abrazije i upozoravaju kada je potrebna zamjena.

Mokri materijal

Rheonics Senzorske sonde za cement nude se u materijalu od nehrđajućeg čelika 316L. Saznajte više o materijalima sondi ovdje: Rheonics kemijska kompatibilnost materijala za gustoću viskozimetra

Ograničenje brzine protoka

Rheonics SRV i SRD sonde kompatibilne su s brzinama protoka do 10 m/s. Paralelna ugradnja u koljenu smanjuje utjecaj brzine protoka na sonde, ali brzine u ovom rasponu i dalje mogu dodati previše šuma očitanjima. Pročitajte više na Sonde tipa SR s tekućinama visoke viskoznosti i brzine.

Čestice u tekućini

Prisutnost čestica u izmjerenoj tekućini povezana je s učinkom abrazije na sondu. Normalno, meke čestice reda veličine mikrona ne utječu na mjerenje senzora. One mogu samo uzrokovati šum u očitanjima koji elektronika senzora može filtrirati. Veće ili tvrde čestice reda veličine milimetra ili centimetara mogu stvoriti vrlo visoku razinu šuma u očitanjima ili čak oštetiti sondu, stoga se te čestice moraju izbjegavati.

Reference

[1] PERI 3D printanje u građevinarstvu: Prva 3D printana stambena zgrada u Njemačkoj (EN)

[2] https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1814422/SUMMARY01.pdf

[3] PCM EcoMoineau™ C višenamjenska progresivna šupljinska pumpa od nehrđajućeg čelika

[4] Rješenje | COBOD International

[5] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321618300714