밀도와 점도는 중요한 매개변수 3D 시멘트 인쇄에서는 직접 영향을 미치기 때문에 인쇄 적성, 구조적 완전성및 층 접착력 인쇄된 자료의 인라인 모니터링oring 이러한 매개변수는 견고한 실시간 제어와 품질 보장에 중요합니다.
그림 1: 3D 시멘트 인쇄 [1]
내용의 표
1. 소개
적층 제조는 수년에 걸쳐 상당한 진전을 이루었으며 다음과 같은 다양한 산업에서 관련성을 갖게 되었습니다. 3D 시멘트 또는 콘크리트 프린팅(3DCP). 또한 ~으로 알려진 콘크리트 적층 제조시멘트 재료를 사용하여 구조물을 층층이 쌓아 자동으로 시공할 수 있는 최첨단 기술입니다. 거푸집과 엄청난 수작업이 필요한 기존 콘크리트 시공과 달리, 3D 프린팅은 시멘트 기반 혼합물을 압출합니다 미리 프로그래밍된 디지털 모델을 따르므로, 잘 알려진 폴리머 3D 프린팅과 크게 다르지 않습니다. 바인더 분사 및 재료 분사와 같은 다양한 3DCP 기술이 가능하지만, 압출 방식이 가장 널리 사용됩니다. 이 기술은 다음과 같은 여러 장점을 제공합니다. 재료 낭비 감소, 시공 시간 단축, 설계 유연성 향상그러나 이를 달성하려면 다음이 중요합니다. 재료 구성, 압출 매개변수 및 경화 조건을 모니터링하고 최적화합니다. 균일성을 보장하기 위해 인쇄성, 재료 일관성, 층 간 올바른 접합, 환경 제어등
이 기사에서는 3D 시멘트 인쇄에서 점도 및 밀도와 같은 주요 매개변수의 관련성과 그 방법을 강조합니다. Rheonics 센서는 모니터링을 위한 실시간 인라인 측정을 가능하게 합니다.oring 및 제어.
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2. 시멘트 첨가제 제조 공정
그림 2: 3D 시멘트 인쇄 공정 개요
넓은 관점에서 3D 시멘트 프린팅 공정은 다음 단계로 구분될 수 있다[2].
프리믹스
3DCP용으로 특별히 개발된 시멘트를 얻기 위해 사전 투입 재료를 혼합합니다. 여기에는 일반적으로 시멘트, 모래, 첨가제, 그리고 때로는 강도와 작업성을 향상시키기 위한 섬유가 포함됩니다. 이미 여러 회사에서 3D 시멘트 프린팅용으로 미리 혼합된 이 재료를 제공하고 있습니다. 초기 개발에서는 압출 후 높은 항복 응력을 보장하기 위해 증점제를 사용했지만, 최근 개발에서는 펌핑 과정에서 새로운 재료의 경화를 방지하기 위해 지연제를 사용하고, 지연 효과를 상쇄하고 경화 시간을 단축하는 촉진제를 함께 사용합니다.
혼성
건조 재료에 주로 물을 첨가하여 수화시키는 공정입니다. 혼합은 배치 단위 또는 연속 공정으로 이루어질 수 있습니다. 일부 공정에서는 사용되는 유체의 종류에 따라 압출 직전에 두 번째 혼합 단계를 사용합니다.
교통편
콘크리트 운반에는 일반적으로 프로그레시브 캐비티 펌프를 사용해야 하며, 용적식 피스톤 펌프를 사용하는 경우도 있습니다. 성공적인 인쇄 작업을 위해서는 신선한 콘크리트 재료를 꾸준히 공급하는 것이 필수적입니다. 일반적으로 인쇄 중 잦은 중단을 피하고, 속도가 재료의 최대 수직 적층 속도를 초과하지 않도록 하는 것이 중요합니다.
그림 3: 진행형 캐비티 펌프[3]
압출은 3D 시멘트 프린팅의 핵심 단계이며, 3방향으로 정상적으로 움직일 수 있는 로봇 팔 또는 갠트리 시스템에 장착된 노즐이나 다이를 통해 재료를 압출하는 과정으로, 사전 프로그래밍된 디지털 모델을 따릅니다. 각 층은 이전 층과 접합되어 점진적으로 구조를 형성합니다. 노즐은 수동 노즐 또는 제어식 증착 스크류 노즐 중 하나를 사용할 수 있습니다. 수동 노즐은 이송 펌핑 시스템 자체에서 압출을 수행하는 반면, 제어식 증착 스크류 노즐은 재료를 직접 압출하는 공급 스크류가 있는 개방형 호퍼를 통해 흐름 제어의 정확도를 높입니다.
그림 4: 시멘트 인쇄 압출용 갠트리 시스템[4]
3. 프로세스 및 모니터링oring 도전
콘크리트의 유체 거동은 모니터링에 많은 과제를 안겨줍니다.oring 콘크리트는 그 유동학적 특성에 대해 이야기합니다. 콘크리트는 항복 응력을 가지고 있는데, 이는 특정 전단 응력 이하에서는 고체처럼 거동하고, 이 전단 응력을 초과하면 유체처럼 거동한다는 것을 의미합니다. 또한, 펌핑 시 높은 유동성과 함께 압출 후 형태를 유지하기 위한 높은 강성과 강도도 필수적입니다.
점도는 유체의 흐름 저항성과 점도를 나타내는 반면, 밀도는 유체의 균질 혼합(예: 물과 시멘트의 비율)을 나타내는 지표로 사용되며, 이는 강도, 인쇄성, 그리고 경화 시간에 영향을 미칩니다. 일반적으로 점도와 밀도는 다음과 같이 측정됩니다.oring 다음을 결정해야 합니다.
- 인쇄성(증착 후 유지되는 모양, 지원되는 층 수)
- 재료 강도
- 인쇄 품질
- 건조수축
- 압출기 막힘을 방지하세요
재료 특성 외에도 모니터링oring3D 콘크리트 인쇄 공정에서 인쇄 매개변수와 경화 조건을 아는 것이 중요합니다.
4. Rheonics 인라인 밀도 및 점도 센서
그림 5 : Rheonics 나사산 연결 NPT 1.25인치가 있는 인라인 점도계(SRV) 및 밀도 및 점도계(SRD) 긴 삽입형 변형
Rheonics 실시간 모니터링을 위한 인라인 프로세스 밀도 및 점도 측정기를 제공합니다.oring 콘크리트의.
Rheonics SRV 인라인 점도계: 이 센서는 광범위한 점도와 온도를 실시간으로 측정하며, 탱크에 설치하여 혼합 공정을 모니터링하거나 파이프라인에 설치하여 흐르는 유체를 지속적으로 측정하는 데 적합합니다. Rheonics SRV는 고속 혼합 공정에 특히 적합하며 유체 내의 기포나 외부 진동의 영향을 받지 않습니다.
Rheonics SRD 인라인 밀도 및 점도 측정기: 이 센서는 밀도, 점도, 온도를 실시간으로 측정합니다. 혼합 속도가 일정한 파이프라인과 탱크에 설치하는 데 가장 적합합니다. SRD는 측정값에 밀도를 추가하여 유체 농도를 더욱 정확하게 계산할 수 있습니다. 하지만 SRV에 비해 측정 점도 범위가 좁고, 기포 농도가 높으면 밀도 측정으로 인해 판독값에 노이즈가 발생할 수 있습니다. SRD는 외부 진동의 영향을 받지 않습니다.
특정 설치 요구 사항에 맞춰 다양한 SRV 및 SRD(Type-SR) 센서 프로브가 제공됩니다. 자세한 내용은 여기를 참조하세요. SRV 점도계 변형 그리고 SRD 밀도 및 점도 측정기 변형.
설치
콘크리트는 혼합 중에 첨가되는 물이 주성분인 액체와 실리카 퓸, 플라이 애시, 슬래그 등과 같은 미세 입자로 구성된 과립 유체입니다. 구성 및 일반적인 연마 특성으로 인해 Rheonics Type-SR 센서를 사용하여 콘크리트의 점도와 밀도를 측정하기 위한 다음 설치 요구 사항이 있습니다.
- 스윕 엘보에 설치
그림 6: SRD 밀도 및 점도계 엘보 설치 예
Rheonics 감지기 긴 삽입 프로브 엘보 설치 방식(Type-SR-X5)은 콘크리트 인라인 측정에 매우 적합한 솔루션입니다. 엘보 설치는 유체가 센서 프로브의 감지 소자와 평행 또는 축 방향으로 흐르도록 하는 반면, 긴 삽입 설계는 감지 소자를 유체 흐름이 벽면 근처보다 더 일정한 라인 안쪽에 배치합니다. 이를 통해 감지 소자는 항상 깨끗하게 유지됩니다(흐름으로 인해 센서 소자가 깨끗하고 침전물이 남지 않습니다).
긴 삽입 프로브를 사용하면 고객은 삽입 길이(A)와 공정 연결부(B)를 정의할 수 있습니다. 다음 표는 NPT 1.25인치 나사산 연결부와 엘보렛을 사용하는 일반적인 솔루션을 보여줍니다.
그림 7: SRD 밀도 및 점도계 엘보 설치 도면
다음 기사에서 스윕 엘보의 더 많은 설치 사례를 확인하세요. 스윕 엘보에 Type-SR 점도 및 밀도계 설치
- 설치 Rheonics 스타 게이트
SRV 또는 SRD Stargate(SG) 모델은 웨이퍼 셀 설계가 프로브를 직선 중앙에 배치하여 침전물과 프로브의 부하를 최소화하면서 점도가 높고 속도가 빠른 유체에 적합합니다.
The 이점 스타게이트 설치의 장점은 오염 발생량이 최소화되고 프로브 마모를 줄일 수 있다는 것입니다. 이 설치의 주요 고려 사항은 공정 연결을 위한 어댑터의 필요성입니다. Rheonics 이벤트 Tri-Clamp 일반적으로 시멘트나 콘크리트 용도에는 적합하지 않은 어댑터입니다. 따라서 고객은 Stargate의 기계 인터페이스 도면을 참고하여 공정에 맞게 조정해야 합니다.
- 수직 설치
수직 설치는 프로브를 유체 흐름으로부터 90° 각도로 배치합니다. 이 설치의 주요 장점은 간단하다는 것입니다. 일반적으로 Rheonics 나사 연결(G1/2 또는 NPT 3/4”)이 있는 센서 프로브가 사용되고 설치에 용접기가 필요합니다.HAW-12G-OTK or WOL-34NL). 이는 혼합 후, 호스 사이 또는 압출 다이 또는 프린트 헤드 바로 앞의 설치에 적합할 수 있습니다.
그러나 이러한 설치는 프로브 주변에 침전물이나 축적물이 발생하기 쉽고, 이로 인해 감지 소자가 가려져 센서 판독값에 영향을 미칠 수 있습니다. 시멘트나 콘크리트와 같은 고점도 유체에서는 유체 침전물이 흔히 발생합니다. 고객은 침전물이 발생하기 쉬운 구역(데드존)을 피하고, 침전물이 발생하면 프로브를 청소해야 합니다.
그림 8: 직선으로 수직 설치한 짧은 센서 프로브
5. 설치 시 고려 사항
침식에 의한 마모
콘크리트 환경에서는 유체가 프로브 표면 재질에 미치는 침식 효과로 인해 센서 프로브가 마모에 노출될 수 있습니다. 이러한 경우, 일정 시간 후 프로브를 교체해야 합니다. 사용자는 센서 케이블과 전자 장치가 제자리에 고정된 상태에서 새 프로브만 요청하면 됩니다. 이러한 조건에서 프로브의 수명은 유량, 유체 입자, 듀티 사이클 등에 따라 달라집니다. 이는 사전에 예측할 수는 없지만, Rheonics 센서를 구성하여 사용자에게 마모 수준을 표시하고 교체가 필요할 때 경고하도록 할 수 있습니다.
접액 재료
Rheonics 시멘트용 센서 프로브는 스테인리스 스틸 316L 소재로 제공됩니다. 프로브 소재에 대한 자세한 내용은 여기에서 확인하세요. Rheonics 점도계 밀도 재료 화학적 적합성
흐름 속도 제한
Rheonics SRV 및 SRD 프로브는 최대 10m/s의 유속에 적합합니다. 엘보에 병렬로 설치하면 유속이 프로브에 미치는 영향을 줄일 수 있지만, 이 범위의 유속에서는 측정값에 과도한 노이즈가 발생할 수 있습니다. 자세한 내용은 높은 점도와 속도의 유체를 사용하는 Type-SR 프로브.
유체 속의 입자
측정 유체에 입자가 존재하는 것은 프로브의 마모 효과와 관련이 있습니다. 일반적으로 미크론 단위의 부드러운 입자는 센서 측정에 영향을 미치지 않습니다. 이러한 입자는 판독값에 잡음만 발생시킬 수 있으며, 이는 센서 전자 장치에서 필터링할 수 있습니다. 밀리미터 또는 센티미터 단위의 더 크거나 단단한 입자는 판독값에 매우 높은 수준의 잡음을 발생시키거나 프로브를 손상시킬 수 있으므로 이러한 입자는 반드시 피해야 합니다.
참고자료
[1] PERI 3D 건설 프린팅: 독일 최초의 3D 프린팅 주거용 건물(EN)
[2] https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1814422/SUMMARY01.pdf
[3] PCM EcoMoineau™ C 다중 용도 스테인리스 스틸 프로그레시브 캐비티 펌프
[5] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321618300714
