Аналітичне дослідження процесу подачі бетонної суміші екструдером будівельного 3D-принтера
Анотація
Спорудження об’єктів будівництва способом 3D-друку набуває все більшого поширення. Дана технологія має
ряд переваг перед традиційними способами виконання будівельних робіт. Проте, поряд з перевагами 3D-бетонування має також і недоліки, мінімізувати вплив яких на якість виконання будівельних робіт можна застосувавши науково обґрунтовані підходи до вдосконалення як самої технології так і машин, які при цьому використовуються. Одним із факторів, які впливають на якість нанесення матеріалу на поверхню друку є узгодження продуктивності екструдера будівельного 3D-принтера та швидкості його пересування понад поверхнею. Цього можна досягти урахувавши реологічні властивості бетонної суміші та спосіб її подачі у зону нанесення. Пропонується суміш для 3D-принтера моделювати реологічною моделлю Гершеля-Балклі, яка дозволяє врахувати зміну дотичних напружень зсуву залежно від в’язкісних властивостей суміші та індексу її течії. Для опису подачі суміші через щілинний канал між торцем сопла екструдера та поверхнею друку застосовано методику Пуазейля. Виведено аналітичні залежності для визначення продуктивності екструдера та швидкості витискання суміші через сопло. Передбачається, що швидкість пересування екструдера над поверхнею друку повинна дорівнювати середньоінтегральній швидкості витискання суміші через щілинний канал між торцем сопла екструдера та поверхнею друку. В подальшому намічено проведення експериментальних досліджень з метою підтвердження запропонованої гіпотези. Для проведення експериментальних досліджень створено лабораторний 3D-принтер, який конструктивно являє собою робот-маніпулятор зі встановленим на ньому екструдером. Пересуванням екструдера по просторовій траєкторії, швидкість обертання лопатей та шнека екструдера здійснюється індивідуальними механізмами, керування якими забезпечується апаратно-програмним забезпеченням на платформі Arduino.
Посилання
doi.org/10.32347/2076-815x.2021.76.83-93
2. Hamidreza Gh.S., Corker J., Fan M. (2018). Additive manufacturing technology and its implementation in construction as an eco-innovative solution. Automation in Construction, 93, 1-11
doi.org/10.1016/j.autcon.2018.05.005
3. Andriychuk O.V., Olasiuk P.Ya. (2015). Application of 3D Printing Technology in Construction. Modern Technologies and Calculation Methods in Construction, 3, 11-18
doi.org/10.1016/j.autcon.2018.05.005
4. Laukhin D.V., Dadyverina L.M., Tverdokhlib O.M., Matsyuk I.M. (2020). Analysis of the Application of Additive Manufacturing Technologies in Construction Production. Collection of Scientific Papers of the National Mining University, 61, 163-177
doi.org/10.33271/crpnmu/61.163
5. Zgalat-Lozinska L., Згалат-Лозинський О. (2020). Development and Implementation of Innovative 3D Printing Technologies in Construction. Scientific Notes of V.I. Vernadsky Tavria National University. Series: Economics and Management, 31(70), 45-51
doi.org/10.32838/2523-4803/70-5-7
6. Shatov S.V., Savitsky M.V., Marchenko I.O. (2019). Improvement of Equipment for 3D Printing of Objects. Bulletin of the Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture, 6(259-260), 90-101
doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.261119.91.593
7. Lipson Н., Kurman Melba (2013). Fabricated. The New World of 3D Printing. Wiley
8. Ding T., Xiao J., Mechtcherine V. (2023). Microstructure and mechanical properties of interlayer regions in extrusion-based 3D printed concrete: A critical review. Cement and Concrete Composites, 141
doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.105154
9. Jacquet Y., Perrot A., Picandet V. (2021). Assessment of asymmetrical rheological behavior of cementitious material for 3D printing application. Cement and Concrete Composites, 140
doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106305
10. Dvorkin L., Zhytkovskiy V., Stepasyuk Y., Marchuk V. (2020). Efficient Construction Mixtures for 3D Printing. Construction Materials and Products, 1-2(101), 16-21
doi.org/10.48076/2413-9890.2020-101-03
11. Dvorkin L., Marchuk V., Ziatyuk Y. (2021). Cement-Slag Mixtures for 3D Printing. Construction Materials and Products, 1-2(102), 14-19
doi.org/10.48076/2413-9890.2021-102-02
12. Telitsina N.Ye., Skidanova G.M., Surup I.V. (2010). Algorithm for Selecting Fine-Grained Air-Binding Compositions with Given Rheological Indicators. Eastern-European Journal of Advanced Technologies, 2/10(44), 71-74
http://journals.uran.ua/eejet/article/view/2785/2591
13. Krykh H.B. (2007). Features of Applying Rheological Models of Non-Newtonian Fluids. Bulletin of Lviv Polytechnic National University, 581, 71-82
14. Kolchunov V.I. (2004). Теоретична та прикладна гідромеханіка. Kyiv: NAU
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
