La densidad y la viscosidad son parámetros críticos en la impresión 3D de cemento, ya que afectan directamente a la imprimibilidad, integridad estructural y adhesión de capas del material impreso. Monitoreo en líneaoring Algunos de estos parámetros son claves para un control robusto en tiempo real y para asegurar la calidad.
Figura 1: Impresión 3D de cemento [1]
Tabla de Contenido
- Introducción
- Proceso de fabricación aditiva de cemento
- Procesar y monitorearoring Desafíos
- Rheonics Sensores de densidad y viscosidad en línea
1. Introducción
La fabricación aditiva ha avanzado significativamente a lo largo de los años y ha alcanzado relevancia en diferentes industrias como Impresión 3D de cemento u hormigón (3DCP). También conocido como fabricación aditiva de hormigónSe trata de una tecnología de vanguardia que permite la construcción automatizada capa por capa de estructuras utilizando materiales cementicios. A diferencia de la construcción tradicional con hormigón, que requiere encofrado y una gran cantidad de mano de obra, la impresión 3D directa... extruye mezclas a base de cemento Siguiendo un modelo digital preprogramado, similar a las conocidas impresiones 3D de polímeros. Existen diferentes tecnologías de 3DCP, como la inyección de aglutinante y la inyección de material, pero la extrusión es el método predominante. Esta tecnología ofrece varias ventajas, entre ellas: Reducción del desperdicio de material, tiempos de construcción más rápidos y mayor flexibilidad de diseño. Para lograr esto, sin embargo, es clave Monitorear y optimizar la composición del material, los parámetros de extrusión y las condiciones de curado Para garantizar la uniformidad capacidad de impresión, consistencia del material, correcta unión entre capas, control ambiental, etc.
Este artículo destaca la relevancia de parámetros clave como la viscosidad y la densidad en la impresión 3D de cemento y cómo Rheonics Los sensores permiten la medición en línea en tiempo real para monitorizaroring y control.
Impresión 3D de construcción PERI: Primer edificio residencial impreso en 3D en Alemania – [1]
2. Proceso de fabricación aditiva de cemento
Figura 2: Descripción general del proceso de impresión 3D con cemento
En términos generales, un proceso de impresión 3D de cemento se puede dividir en los siguientes pasos [2]:
Premezcla
Los materiales predosificados se mezclan para obtener cemento especialmente desarrollado para 3DCP. Este generalmente incluye cemento, arena, aditivos y, en ocasiones, fibras para mejorar la resistencia y la trabajabilidad. Varias empresas ya ofrecen este material premezclado listo para la impresión 3D con cemento. Los desarrollos iniciales utilizaban agentes espesantes para garantizar un alto límite elástico tras la extrusión, mientras que los desarrollos recientes utilizan retardantes para evitar el fraguado del material fresco durante el proceso de bombeo, en combinación con aceleradores que contrarrestan el efecto retardante y aceleran los tiempos de fraguado.
Mezcla
Proceso de hidratación del material seco mediante la adición principal de agua. La mezcla puede realizarse por lotes o mediante un proceso continuo. Algunos procesos utilizan una segunda fase de mezcla justo antes de la extrusión para diferentes propósitos relacionados con el fluido utilizado.
Transporte
El transporte de hormigón normalmente requiere el uso de bombas de cavidad progresiva; también se pueden encontrar bombas de pistón de desplazamiento positivo. Un suministro constante de hormigón fresco es esencial para el éxito de cualquier operación de impresión. Generalmente, se busca evitar paradas frecuentes en la impresión y que la velocidad no supere la velocidad máxima de construcción vertical del material.
Figura 3: Bombas de cavidad progresiva [3]
La extrusión es el paso crítico en la impresión 3D de cemento y consiste en extruir el material a través de una boquilla o matriz montada en un brazo robótico o sistema de pórtico, capaz de moverse normalmente en tres direcciones y siguiendo un modelo digital preprogramado. Cada capa se une a la anterior, construyendo gradualmente la estructura. Las boquillas pueden ser pasivas o de tornillo de deposición controlada. Las primeras realizan la extrusión mediante el propio sistema de bombeo de transporte, mientras que las segundas incorporan una tolva abierta con un tornillo de alimentación para extruir el material directamente, lo que permite una mayor precisión en el control del flujo.
Figura 4: Sistema de pórtico para extrusión de impresión de cemento [4]
3. Procesar y monitorearoring Desafíos
El comportamiento fluido del hormigón plantea numerosos desafíos en el monitoring De sus propiedades reológicas. El hormigón presenta un límite elástico, lo que significa que se comporta como un sólido bajo cierta tensión cortante aplicada, y un comportamiento fluido cuando se supera dicha tensión. Además, es evidente la necesidad de una alta fluidez durante el bombeo, así como de una alta rigidez y cierta resistencia para mantener su forma después de la extrusión.
La viscosidad indica la resistencia de un fluido a fluir, así como su consistencia, mientras que la densidad se utiliza como indicador de la homogeneidad de la mezcla (p. ej., la relación agua-cemento), lo que influye en la resistencia, la imprimibilidad y el tiempo de fraguado. Generalmente, la viscosidad y la densidad monitorean...oring Se requiere determinar:
- Imprimibilidad (forma conservada después de la deposición, número de capas admitidas)
- Resistencia del material
- Calidad de impresión
- Contracción por secado
- Evite atascos en el extrusor
Además de monitorear las propiedades del materialoringConocer los parámetros de impresión y las condiciones de curado son claves en el proceso de impresión 3D de hormigón.
4. Rheonics Sensores de densidad y viscosidad en línea
Figura 5: Rheonics Viscosímetro en línea (SRV) y medidor de densidad y viscosidad (SRD) variante de inserción larga con conexión roscada NPT 1.25”
Rheonics Ofrece medidores de densidad y viscosidad de proceso en línea para monitoreo en tiempo real.oring de hormigón.
Rheonics Viscosímetro en línea SRV:Este sensor mide un amplio rango de viscosidad y temperatura en tiempo real y es adecuado para su instalación en tanques para monitorear procesos de mezcla y en tuberías para la medición continua del fluido que fluye. Rheonics SRV es especialmente adecuado para procesos de mezcla de alta velocidad y no se ve afectado por la presencia de burbujas en el fluido o vibraciones externas.
Rheonics Medidor de densidad y viscosidad en línea SRDEste sensor mide la densidad, la viscosidad y la temperatura en tiempo real. Es ideal para su instalación en tuberías y tanques con una velocidad de mezcla constante. El SRD añade densidad a las mediciones, lo que permite realizar cálculos más precisos de la concentración del fluido. Sin embargo, su rango de medición de viscosidad es más estrecho que el del SRV, y una alta concentración de burbujas puede añadir ruido a las lecturas debido a la medición de la densidad. El SRD no se ve afectado por vibraciones externas.
Se ofrecen múltiples sondas de sensor SRV y SRD (Tipo SR) para adaptarse a requisitos de instalación específicos. Visite Variantes de viscosímetro SRV y Variantes de medidores de densidad y viscosidad SRD.
Instalación
El hormigón es un fluido granular compuesto de líquido, principalmente agua añadida durante la mezcla, y normalmente partículas finas como humo de sílice, cenizas volantes, escoria, etc. Debido a su composición y propiedades abrasivas comunes, Rheonics tiene los siguientes requisitos de instalación para medir la viscosidad y la densidad del hormigón con los sensores Tipo-SR.
- Instalación en codo de barrido
Figura 6: Ejemplo de instalación del codo del medidor de densidad y viscosidad SRD
Rheonics sensor sondas de inserción largas El tipo SR-X5 en una instalación en codo es una excelente solución para mediciones en línea de hormigón. Esta instalación permite que el fluido se distribuya en paralelo o axialmente al elemento sensor de la sonda, mientras que el diseño de inserción larga coloca el elemento sensor más adentro de la línea, donde el flujo del fluido es más constante que cerca de la pared. Esto garantiza que el elemento sensor se mantenga siempre limpio (el flujo lo mantiene limpio y libre de depósitos).
Con una sonda de inserción larga, el cliente puede definir la longitud de inserción (A) y la conexión al proceso (B). La siguiente tabla muestra una solución común con una conexión roscada NPT de 1.25" y un elbolet.
Figura 7: Dibujo de instalación del codo del medidor de densidad y viscosidad SRD
Encuentre más ejemplos de instalación de codos de barrido en nuestro artículo: Instalación de medidores de viscosidad y densidad tipo SR en codos de barrido
- Instalación con Rheonics Stargate
La variante SRV o SRD Stargate (SG) es adecuada para fluidos de alta viscosidad y alta velocidad, minimizando los depósitos y las cargas en la sonda, ya que tiene un diseño de celda tipo oblea que coloca la sonda centrada en una línea recta.
La competitiva La ventaja de la instalación Stargate es que minimiza la acumulación de suciedad y reduce la abrasión en la sonda. La principal consideración para esta instalación es la necesidad de adaptadores para la conexión al proceso. Rheonics ofrece Tri-Clamp Adaptadores que generalmente no son aptos para aplicaciones de cemento u hormigón. Por ello, el cliente debe seguir los planos de interfaz mecánica del Stargate para adaptarlo al proceso.
- Instalación perpendicular
Una instalación perpendicular coloca la sonda a 90° del flujo del fluido. La principal ventaja de esta instalación es su simplicidad. Normalmente, una Rheonics Se utiliza una sonda de sensor con conexión roscada (G1/2 o NPT 3/4”) y se requiere un weldolet para su instalación (HAW-12G-OTK or WOL-34NL). Esto puede ser adecuado para instalaciones después de la mezcla, entre mangueras o justo antes de la matriz de extrusión o el cabezal de impresión.
Sin embargo, esta instalación es propensa a la formación de depósitos o acumulaciones alrededor de la sonda, que pueden cubrir el elemento sensor y, por lo tanto, afectar las lecturas del sensor. Los depósitos de fluidos son comunes en fluidos de alta viscosidad, como el cemento o el hormigón. El cliente debe asegurarse de evitar las zonas propensas a la formación de depósitos (zonas muertas) y de limpiar la sonda si se forman.
Figura 8: Instalación perpendicular de la sonda del sensor corto en línea recta
5. Consideraciones sobre la instalación
Abrasión por erosión
Las aplicaciones de hormigón pueden exponer las sondas del sensor a la abrasión debido a la erosión del fluido sobre su superficie. En estos casos, es necesario reemplazar las sondas después de cierto tiempo. Los usuarios solo necesitan solicitar una nueva sonda, mientras que el cable del sensor y la electrónica se mantienen en su lugar. La vida útil de la sonda en estas condiciones depende del caudal, las partículas en el fluido, el ciclo de trabajo, etc. Esto no se puede estimar con antelación, pero... Rheonics Los sensores se pueden configurar para mostrar a los usuarios el nivel de abrasión y advertir cuando es necesario un reemplazo.
Material húmedo
Rheonics Las sondas sensoras para cemento están disponibles en acero inoxidable 316L. Obtenga más información sobre los materiales de las sondas aquí: Rheonics Compatibilidad química del material de densidad del viscosímetro
Límite de velocidad de flujo
Rheonics Las sondas SRV y SRD son compatibles con velocidades de flujo de hasta 10 m/s. La instalación en paralelo en el codo reduce el impacto de la velocidad de flujo en las sondas, pero velocidades en este rango pueden añadir demasiado ruido a las lecturas. Más información en Sondas tipo SR con fluidos de alta viscosidad y velocidad.
Partículas en fluido
La presencia de partículas en el fluido medido está relacionada con los efectos de abrasión en la sonda. Normalmente, las partículas blandas del orden de micras no afectan la medición del sensor. Estas solo pueden generar ruido en las lecturas, que puede ser filtrado por la electrónica del sensor. Las partículas más grandes o duras del orden de milímetros o centímetros pueden generar un nivel muy alto de ruido en las lecturas o incluso dañar la sonda, por lo que deben evitarse.
Referencias
[ 1 ] Impresión 3D de construcción PERI: Primer edificio residencial impreso en 3D en Alemania (EN)
[ 2 ] https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1814422/SUMMARY01.pdf
[ 3 ] Bomba de cavidad progresiva de acero inoxidable multiaplicación PCM EcoMoineau™ C
[ 4 ] Solución | COBOD International
[ 5 ] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321618300714
