Аналітичне дослідження процесу подачі бетонної суміші екструдером будівельного 3D-принтера

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.26906/znp.2022.59.3093

Ключові слова:

3D-будівництво, екструдер, модель Гершеля-Балклі, методика Пуазейля, середньоінтегральна швидкість

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

Zayats Y., Bohdanov I., Nevhomonnyi H., Merilova I., Rechits O. (2021). Features of Using 3D Printing Technologies in Construction. Urban Planning and Spatial Planning, (76), 83-93

doi.org/10.32347/2076-815x.2021.76.83-93 DOI: https://doi.org/10.32347/2076-815x.2021.76.83-93

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: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2018.05.005

doi.org/10.1016/j.autcon.2018.05.005

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 DOI: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2018/05/005

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 DOI: https://doi.org/10.33271/crpnmu/61.163

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 DOI: https://doi.org/10.32838/2523-4803/70-5-7

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 DOI: https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.261119.91.593

Lipson Н., Kurman Melba (2013). Fabricated. The New World of 3D Printing. Wiley

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 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.105154

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 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106305

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 DOI: https://doi.org/10.48076/2413-9890.2020-101-03

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 DOI: https://doi.org/10.48076/2413-9890.2021-102-02

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

Krykh H.B. (2007). Features of Applying Rheological Models of Non-Newtonian Fluids. Bulletin of Lviv Polytechnic National University, 581, 71-82

Kolchunov V.I. (2004). Теоретична та прикладна гідромеханіка. Kyiv: NAU

Downloads

Опубліковано

2022-12-17

Як цитувати

Orysenko, O., Nesterenko, M., & Shokalo, A. (2022). Аналітичне дослідження процесу подачі бетонної суміші екструдером будівельного 3D-принтера. Збірник наукових праць Галузеве машинобудування будівництво, 2(59), 5–10. https://doi.org/10.26906/znp.2022.59.3093

Номер

Розділ

«Галузеве машинобудування»

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають

1 2 > >> 

Схожі статті

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 > >> 

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.