Η πυκνότητα και το ιξώδες είναι κρίσιμες παράμετροι στην τρισδιάστατη εκτύπωση τσιμέντου, καθώς επηρεάζουν άμεσα την δυνατότητα εκτύπωσης, δομική ακεραιότητα, να πρόσφυση στρώσεων του έντυπου υλικού. Ενσωματωμένη οθόνηoring αυτών των παραμέτρων είναι το κλειδί για έναν ισχυρό έλεγχο σε πραγματικό χρόνο και για τη διασφάλιση της ποιότητας.
Σχήμα 1: Τρισδιάστατη εκτύπωση τσιμέντου [3]
Πίνακας Περιεχομένων
- Εισαγωγή
- Διαδικασία Παραγωγής Πρόσθετων Τσιμέντου
- Επεξεργασία και παρακολούθησηoring Προκλήσεις
- Rheonics Ενσωματωμένοι αισθητήρες πυκνότητας και ιξώδους
1. Εισαγωγή
Η προσθετική παραγωγή έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο με την πάροδο των ετών και έχει αποκτήσει σημασία σε διάφορους κλάδους όπως: Τρισδιάστατη εκτύπωση τσιμέντου ή σκυροδέματος (3DCP). Γνωστός και ως παραγωγή προσθέτων σκυροδέματος, πρόκειται για μια τεχνολογία αιχμής που επιτρέπει την αυτοματοποιημένη κατασκευή κατασκευών σε στρώσεις χρησιμοποιώντας τσιμεντοειδή υλικά. Σε αντίθεση με την παραδοσιακή κατασκευή από σκυρόδεμα, η οποία απαιτεί ξυλότυπο και τεράστια χειρωνακτική εργασία, η τρισδιάστατη εκτύπωση απευθείας εξωθεί μείγματα με βάση το τσιμέντο ακολουθώντας ένα προγραμματισμένο ψηφιακό μοντέλο, όχι τόσο διαφορετικό από τις γνωστές τρισδιάστατες εκτυπώσεις πολυμερών. Είναι δυνατές διαφορετικές τεχνολογίες 3DCP, όπως η εκτόξευση συνδετικού υλικού και η εκτόξευση υλικού, αλλά η κυρίαρχη μέθοδος είναι η εξώθηση. Αυτή η τεχνολογία προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα, όπως μειωμένη σπατάλη υλικών, ταχύτεροι χρόνοι κατασκευής και μεγαλύτερη ευελιξία σχεδιασμούΓια να επιτευχθεί αυτό, ωστόσο, είναι σημαντικό να παρακολούθηση και βελτιστοποίηση της σύνθεσης του υλικού, των παραμέτρων εξώθησης και των συνθηκών σκλήρυνσης για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη εκτυπώσιμη ικανότητα, συνοχή υλικού, σωστή συγκόλληση μεταξύ των στρώσεων, έλεγχος περιβάλλοντοςΚ.λπ.
Αυτό το άρθρο υπογραμμίζει τη σημασία βασικών παραμέτρων όπως το ιξώδες και η πυκνότητα στην τρισδιάστατη εκτύπωση τσιμέντου και πώς... Rheonics Οι αισθητήρες επιτρέπουν την μέτρηση σε πραγματικό χρόνο για παρακολούθησηoring και τον έλεγχο.
Τρισδιάστατη Εκτύπωση Κατασκευών PERI: Το πρώτο κτίριο κατοικιών με τρισδιάστατη εκτύπωση στη Γερμανία – [3]
2. Διαδικασία Παραγωγής Προσθετικών Τσιμέντου
Σχήμα 2: Επισκόπηση της διαδικασίας τρισδιάστατης εκτύπωσης τσιμέντου
Σε μια ευρεία έννοια, μια διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης τσιμέντου μπορεί να χωριστεί στα ακόλουθα βήματα [3]:
Προμίξη
Τα υλικά προ-δοσολογίας αναμειγνύονται για να ληφθεί τσιμέντο ειδικά σχεδιασμένο για 3DCP. Αυτό γενικά περιλαμβάνει τσιμέντο, άμμο, πρόσθετα και μερικές φορές ίνες για τη βελτίωση της αντοχής και της εργασιμότητας. Αρκετές εταιρείες προσφέρουν ήδη αυτό το προαναμεμειγμένο υλικό έτοιμο για τρισδιάστατη εκτύπωση τσιμέντου. Οι αρχικές εξελίξεις χρησιμοποίησαν πυκνωτικά μέσα για να εξασφαλίσουν υψηλή τάση διαρροής μετά την εξώθηση, ενώ οι πρόσφατες εξελίξεις χρησιμοποιούν επιβραδυντικά για να αποτρέψουν τη σκλήρυνση του φρέσκου υλικού κατά τη διάρκεια της διαδικασίας άντλησης, σε συνδυασμό με επιταχυντές που αντισταθμίζουν την επίδραση του επιβραδυντικού και προκαλούν ταχύτερους χρόνους σκλήρυνσης.
Μίξη
Διαδικασία ενυδάτωσης του ξηρού υλικού κυρίως με την προσθήκη νερού. Η ανάμειξη μπορεί να γίνει είτε σε παρτίδες είτε μέσω συνεχούς διαδικασίας. Ορισμένες διαδικασίες χρησιμοποιούν μια δεύτερη φάση ανάμειξης ακριβώς πριν από την εξώθηση για διαφορετικό σκοπό που σχετίζεται με το χρησιμοποιούμενο υγρό.
Μεταφορά
Η μεταφορά σκυροδέματος απαιτεί συνήθως τη χρήση αντλιών προοδευτικής κοιλότητας, ενώ εδώ χρησιμοποιούνται επίσης αντλίες θετικής εκτόπισης με έμβολα. Η συνεπής τροφοδοσία με φρέσκο υλικό σκυροδέματος είναι απαραίτητη για κάθε επιτυχημένη εκτυπωτική εργασία. Γενικά, η πρόθεση είναι να αποφεύγονται οι συχνές διακοπές στην εκτύπωση και η ταχύτητα να μην υπερβαίνει τον μέγιστο ρυθμό κατακόρυφης κατασκευής του υλικού.
Σχήμα 3: Αντλίες προοδευτικής κοιλότητας [3]
Η εξώθηση είναι το κρίσιμο βήμα στην τρισδιάστατη εκτύπωση τσιμέντου και συνίσταται στην εξώθηση του υλικού μέσω ενός ακροφυσίου ή μήτρας τοποθετημένου σε ένα ρομποτικό βραχίονα ή σύστημα gantry ικανό να κινείται κανονικά σε 3 κατευθύνσεις και ακολουθεί ένα προγραμματισμένο ψηφιακό μοντέλο. Κάθε στρώση συνδέεται με την προηγούμενη, δημιουργώντας σταδιακά τη δομή. Τα ακροφύσια μπορούν να είναι είτε παθητικά ακροφύσια είτε ακροφύσια ελεγχόμενης εναπόθεσης με κοχλία. Το πρώτο επιτυγχάνει εξώθηση από το ίδιο το σύστημα άντλησης μεταφοράς, ενώ το δεύτερο διαθέτει μια ανοιχτή χοάνη με έναν κοχλία τροφοδοσίας για την απευθείας εξώθηση του υλικού, επιτρέποντας μεγαλύτερη ακρίβεια στον έλεγχο της ροής.
Σχήμα 4: Σύστημα γερανού για εκτύπωση τσιμέντου με εξώθηση [4]
3. Επεξεργασία και παρακολούθησηoring Προκλήσεις
Η ρευστή συμπεριφορά του σκυροδέματος θέτει πολλές προκλήσεις στην παρακολούθησηoring των ρεολογικών του ιδιοτήτων. Το σκυρόδεμα έχει μια τάση διαρροής, που σημαίνει ότι συμπεριφέρεται ως στερεό κάτω από μια συγκεκριμένη τάση διάτμησης που του εφαρμόζεται, και μια ρευστή συμπεριφορά όταν αυτή η τάση διάτμησης ξεπεραστεί. Επιπλέον, υπάρχει σαφής ανάγκη για υψηλή ρευστότητα κατά την άντληση, αλλά και υψηλή ακαμψία και ορισμένη αντοχή για να διατηρεί το σχήμα του μετά την εξώθηση.
Το ιξώδες υποδεικνύει την αντίσταση ενός ρευστού στη ροή καθώς και τη συνοχή του, ενώ η πυκνότητα χρησιμοποιείται ως ένδειξη της ομοιογενούς ανάμειξης του ρευστού (π.χ. αναλογία νερού προς τσιμέντο) που επηρεάζει την αντοχή, την εκτυπώσιμη ικανότητα και τον χρόνο πήξης. Γενικά, το ιξώδες και η πυκνότητα παρακολουθούνται.oring απαιτείται να προσδιοριστεί:
- Εκτυπωσιμότητα (διατήρηση σχήματος μετά την εναπόθεση, αριθμός υποστηριζόμενων στρώσεων)
- Αντοχή υλικού
- Η ποιότητα εκτύπωσης
- Ξήρανση συρρίκνωσης
- Αποφύγετε το μπλοκάρισμα στον εξωθητήρα
Εκτός από την παρακολούθηση των ιδιοτήτων των υλικώνoring, η γνώση των παραμέτρων εκτύπωσης και των συνθηκών σκλήρυνσης είναι το κλειδί στη διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης σκυροδέματος.
4. Rheonics Ενσωματωμένοι αισθητήρες πυκνότητας και ιξώδους
Εικόνα 5: Rheonics Ενσωματωμένο ιξωδόμετρο (SRV) και μετρητή πυκνότητας και ιξώδους (SRD) με μακρά εισαγωγή και σύνδεση με σπείρωμα NPT 1.25”
Rheonics προσφέρει ενσωματωμένους μετρητές πυκνότητας και ιξώδους διεργασίας για παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνοoring από σκυρόδεμα.
Rheonics SRV Inline ιξωδόμετροΑυτός ο αισθητήρας μετρά ένα ευρύ φάσμα ιξώδους και θερμοκρασίας σε πραγματικό χρόνο και είναι κατάλληλος για εγκατάσταση σε δεξαμενές για την παρακολούθηση των διαδικασιών ανάμειξης και σε αγωγούς για συνεχή μέτρηση του ρέοντος ρευστού. Rheonics Το SRV είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για διεργασίες ανάμειξης υψηλής ταχύτητας και δεν επηρεάζεται από την παρουσία φυσαλίδων στο ρευστό ή από εξωτερικούς κραδασμούς.
Rheonics Ενσωματωμένος μετρητής πυκνότητας και ιξώδους SRDΑυτός ο αισθητήρας μετρά την πυκνότητα, το ιξώδες και τη θερμοκρασία σε πραγματικό χρόνο. Είναι ιδανικός για εγκατάσταση σε αγωγούς και δεξαμενές με σταθερή ταχύτητα ανάμειξης. Το SRD προσθέτει πυκνότητα στις μετρήσεις, επιτρέποντας περαιτέρω υπολογισμούς συγκέντρωσης ρευστού, ωστόσο, έχει στενότερο εύρος μέτρησης ιξώδους σε σύγκριση με το SRV και η υψηλή συγκέντρωση φυσαλίδων μπορεί να προσθέσει θόρυβο στις μετρήσεις λόγω της μέτρησης πυκνότητας. Το SRD δεν επηρεάζεται από εξωτερικούς κραδασμούς.
Προσφέρονται πολλαπλοί αισθητήρες SRV και SRD (Τύπος-SR) για να καλύψουν συγκεκριμένες απαιτήσεις εγκατάστασης. Επισκεφθείτε την ιστοσελίδα μας. Παραλλαγές ιξωδόμετρου SRV και Παραλλαγές μετρητή πυκνότητας και ιξώδους SRD.
Εγκατάσταση
Το σκυρόδεμα είναι ένα κοκκώδες ρευστό που αποτελείται από υγρό, κυρίως νερό που προστίθεται κατά την ανάμειξη, και συνήθως λεπτά σωματίδια όπως πυριτική παιπάλη, ιπτάμενη τέφρα, σκωρία κ.λπ. Λόγω της σύνθεσής του και των κοινών τριβικών ιδιοτήτων του, Rheonics έχει τις επόμενες απαιτήσεις εγκατάστασης για τη μέτρηση του ιξώδους και της πυκνότητας του σκυροδέματος με τους αισθητήρες Type-SR.
- Εγκατάσταση σε αγκώνα σάρωσης
Σχήμα 6: Παράδειγμα εγκατάστασης αγκώνα μετρητή πυκνότητας και ιξώδους SRD
Rheonics αισθητήρα μακριές ακίδες εισαγωγής (Τύπος-SR-X5) σε εγκατάσταση με αγκώνα αποτελεί μια πολύ καλή λύση για μετρήσεις σε σειρά από σκυρόδεμα. Μια εγκατάσταση με αγκώνα επιτρέπει στο υγρό να έρχεται παράλληλα ή αξονικά με το στοιχείο ανίχνευσης του αισθητήρα, ενώ ο σχεδιασμός μακράς εισαγωγής τοποθετεί το στοιχείο ανίχνευσης πιο βαθιά στη γραμμή όπου η ροή του υγρού είναι πιο συνεπής από ό,τι κοντά στον τοίχο. Αυτό διασφαλίζει ότι το στοιχείο ανίχνευσης παραμένει πάντα καθαρό (η ροή το διατηρεί καθαρό και απαλλαγμένο από τυχόν επικαθίσεις).
Με έναν μακρύ αισθητήρα εισαγωγής, ο πελάτης μπορεί να ορίσει το μήκος εισαγωγής (A) και τη σύνδεση διεργασίας (B). Ο επόμενος πίνακας δείχνει μια συνηθισμένη λύση χρησιμοποιώντας μια σύνδεση με σπείρωμα NPT 1.25” και ένα elbolet.
Σχήμα 7: Σχέδιο εγκατάστασης αγκώνα μετρητή πυκνότητας και ιξώδους SRD
Βρείτε περισσότερα παραδείγματα εγκατάστασης σε γωνίες σάρωσης στο άρθρο μας: Εγκατάσταση μετρητών ιξώδους και πυκνότητας Type-SR σε γωνίες σάρωσης
- Εγκατάσταση με Rheonics Stargate
Η παραλλαγή SRV ή SRD Stargate (SG) είναι κατάλληλη για υγρά υψηλού ιξώδους και υψηλής ταχύτητας, ελαχιστοποιώντας τις εναποθέσεις και τα φορτία στον αισθητήρα, καθώς διαθέτει σχεδιασμό κυψελών πλακιδίων που τοποθετεί τον αισθητήρα στο κέντρο σε ευθεία γραμμή.
The πλεονέκτημα Το πλεονέκτημα της εγκατάστασης Stargate είναι ότι θα έχει τη λιγότερη δυνατή ρύπανση και μπορεί να μειώσει την τριβή στον αισθητήρα. Κύρια παράμετρος για αυτήν την εγκατάσταση είναι η απαίτηση για προσαρμογείς για σύνδεση στη διεργασία. Rheonics προσφέρει Tri-Clamp προσαρμογείς που γενικά δεν είναι κατάλληλοι για εφαρμογές τσιμέντου ή σκυροδέματος. Για αυτόν τον λόγο, ο πελάτης θα πρέπει να ακολουθήσει τα μηχανικά σχέδια διεπαφής του Stargate για να το προσαρμόσει στη διαδικασία.
- Κάθετη Εγκατάσταση
Μια κάθετη εγκατάσταση τοποθετεί τον αισθητήρα σε γωνία 90° από τη ροή του ρευστού. Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της εγκατάστασης είναι η απλότητά της. Κανονικά, ένα Rheonics Χρησιμοποιείται αισθητήρας με σύνδεση με σπείρωμα (G1/2 ή NPT 3/4”) και απαιτείται συγκολλητική ταινία για την εγκατάσταση (HAW-12G-OTK or WOL-34NL). Αυτό μπορεί να είναι κατάλληλο για εγκαταστάσεις μετά την ανάμειξη, μεταξύ σωλήνων ή ακριβώς πριν από τη μήτρα εξώθησης ή την κεφαλή εκτύπωσης.
Ωστόσο, αυτή η εγκατάσταση είναι επιρρεπής σε εναποθέσεις ή συσσωρεύσεις γύρω από τον αισθητήρα, οι οποίες μπορούν να καλύψουν το στοιχείο ανίχνευσης και, ως εκ τούτου, να επηρεάσουν τις μετρήσεις του αισθητήρα. Οι εναποθέσεις υγρών είναι συχνές για υγρά υψηλού ιξώδους, όπως το τσιμέντο ή το σκυρόδεμα. Ο πελάτης θα πρέπει να βεβαιωθεί ότι αποφεύγει ζώνες επιρρεπείς σε εναποθέσεις (νεκρές ζώνες) και να καθαρίζει τον αισθητήρα εάν σχηματιστούν εναποθέσεις.
Σχήμα 8: Εγκατάσταση κοντού αισθητήρα κάθετα σε ευθεία γραμμή
5. Σκέψεις σχετικά με την εγκατάσταση
Τριβή από διάβρωση
Οι εφαρμογές σε σκυρόδεμα μπορούν να εκθέσουν τους αισθητήρες σε τριβή λόγω των διαβρωτικών επιπτώσεων του υγρού στο υλικό της επιφάνειας του αισθητήρα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, οι αισθητήρες θα χρειαστούν αντικατάσταση μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα. Οι χρήστες χρειάζεται μόνο να ζητήσουν έναν νέο αισθητήρα, ενώ το καλώδιο του αισθητήρα και τα ηλεκτρονικά του παραμένουν στη θέση τους. Η διάρκεια ζωής του αισθητήρα σε αυτές τις συνθήκες εξαρτάται από τον ρυθμό ροής, τα σωματίδια στο υγρό, τον κύκλο λειτουργίας κ.λπ. Αυτό δεν είναι δυνατόν να εκτιμηθεί εκ των προτέρων, αλλά Rheonics Οι αισθητήρες μπορούν να ρυθμιστούν ώστε να δείχνουν στους χρήστες το επίπεδο τριβής και να προειδοποιούν πότε απαιτείται αντικατάσταση.
Διαβρεγμένο Υλικό
Rheonics Οι αισθητήρες για τσιμέντο προσφέρονται από ανοξείδωτο χάλυβα 316L. Μάθετε περισσότερα για τα υλικά των αισθητήρων εδώ: Rheonics χημική συμβατότητα υλικού πυκνότητας ιξωδόμετρου
Όριο ταχύτητας ροής
Rheonics Οι αισθητήρες SRV και SRD είναι συμβατοί με ταχύτητες ροής έως και 10 m/s. Η παράλληλη εγκατάσταση στον αγκώνα μειώνει την επίδραση της ταχύτητας ροής στους αισθητήρες, αλλά οι ταχύτητες σε αυτό το εύρος μπορούν να προσθέσουν υπερβολικό θόρυβο στις μετρήσεις. Διαβάστε περισσότερα στο Αισθητήρες τύπου SR με υγρά υψηλού ιξώδους και ταχύτητας.
Σωματίδια σε ρευστό
Η παρουσία σωματιδίων στο μετρούμενο υγρό συνδέεται με τις επιπτώσεις της τριβής στον αισθητήρα. Κανονικά, τα μαλακά σωματίδια της τάξης των μικρών δεν επηρεάζουν τη μέτρηση του αισθητήρα. Αυτά μπορεί να προκαλέσουν μόνο θόρυβο στις μετρήσεις που μπορούν να φιλτραριστούν από τα ηλεκτρονικά του αισθητήρα. Μεγαλύτερα ή σκληρά σωματίδια της τάξης των χιλιοστών ή των εκατοστών μπορούν να δημιουργήσουν πολύ υψηλό επίπεδο θορύβου στις μετρήσεις ή ακόμα και να προκαλέσουν ζημιά στον αισθητήρα, επομένως αυτά τα σωματίδια πρέπει να αποφεύγονται.
αναφορές
[2] https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1814422/SUMMARY01.pdf
[3] Αντλία προοδευτικού θαλάμου πολλαπλών εφαρμογών PCM EcoMoineau™ C από ανοξείδωτο χάλυβα
[4] Λύση | COBOD International
[5] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321618300714
