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monit的oring 3D水泥打印中的密度和粘度

密度和粘度是 关键参数 3D水泥打印，因为它们直接影响 适印性, 结构完整性及 层间附着力 印刷材料的在线监控oring 这些参数对于实现强大的实时控制和确保质量至关重要。

图 1：3D 水泥打印[1]

表的内容

介绍
水泥增材制造工艺
流程和监控oring 挑战
Rheonics 在线密度和粘度传感器
1. 安装
2. 安装注意事项

1. 引言

多年来，增材制造取得了显著进展，并已在不同行业中发挥重要作用，例如 3D水泥或混凝土打印（3DCP）。也称为 混凝土增材制造这是一项尖端技术，能够利用水泥基材料自动逐层建造结构。与需要模板和大量人工的传统混凝土建筑不同，3D打印可以直接在混凝土上打印 挤压水泥基混合物 遵循预先编程的数字模型，与常见的聚合物3D打印并无太大区别。3DCP可以采用不同的技术，例如粘合剂喷射和材料喷射，但挤出是主要方法。该技术具有以下几个优势： 减少材料浪费、缩短施工时间并提高设计灵活性。然而，要实现这一点，关键是 监测并优化材料成分、挤出参数和固化条件 确保统一 印刷适性、材料一致性、层间正确粘合、环境控制等等。

本文重点介绍了粘度和密度等关键参数在 3D 水泥打印中的相关性，以及如何 Rheonics 传感器可实现监控的实时在线测量oring 和控制。

PERI 3D 建筑打印：德国首座 3D 打印住宅建筑 – [1]

2. 水泥增材制造工艺

图2：3D水泥打印工艺概述

从广义上讲，3D水泥打印过程可分为以下步骤[2]：

预混料
将预配料混合，即可获得专为 3DCP 开发的水泥。这通常包括水泥、沙子、添加剂，有时还会添加纤维，以提高强度和可加工性。目前已有多家公司提供这种可用于 3D 水泥打印的预混材料。最初的研发使用增稠剂来确保挤出后具有较高的屈服应力，而最近的研发则使用缓凝剂来防止新鲜材料在泵送过程中凝固，并结合使用促进剂来抵消缓凝剂的作用，从而缩短凝固时间。

混合
干物料的水合过程主要通过添加水来实现。混合可以分批进行，也可以通过连续过程进行。有些工艺在挤出前会进行第二次混合，具体操作取决于所用流体的不同用途。

Transport / 运输
混凝土的输送通常需要使用螺杆泵，但也有一些容积式活塞泵的应用。持续供应新鲜混凝土材料对于任何成功的打印操作都至关重要。通常情况下，这样做的目的是避免打印过程中频繁停机，并且速度不超过材料的最大垂直建造速率。

图 3：螺杆泵 [3]

挤出加工
挤出是3D水泥打印的关键步骤，其原理是通过安装在机械臂或龙门系统上的喷嘴或模具挤出材料，该系统能够按照预先编程的数字模型在三个方向上正常移动。每一层都与前一层粘合，逐渐形成完整的结构。喷嘴可以是被动喷嘴，也可以是受控沉积螺杆喷嘴。前者通过输送泵送系统本身实现挤出，而后者则采用带有进料螺杆的开放式料斗，直接挤出材料，从而实现更高的流量控制精度。

图 4：水泥打印挤压龙门系统[4]

3. 流程和监控oring 挑战

混凝土的流体行为给监测带来了许多挑战oring 其流变特性。混凝土具有屈服应力，这意味着它在施加一定剪应力以下时表现为固体，而当施加超过该剪应力时则表现为流体。此外，混凝土在泵送过程中显然需要高流动性，同时也需要高刚度和一定的强度，以便在挤压后保持形状。

粘度表示流体的流动阻力及其稠度，而密度则用于指示流体的均匀混合程度（例如水灰比），这会影响强度、印刷适性和凝固时间。通常，粘度和密度监测oring 需要确定：

可打印性（沉积后保留的形状、支持的层数）
材料强度
打印质量
干燥收缩率
避免挤出机堵塞

除了材料性能监测oring，了解打印参数和固化条件是3D混凝土打印过程中的关键。

4. Rheonics 在线密度和粘度传感器

图5： Rheonics 在线粘度计 (SRV) 和密度与粘度计 (SRD) 长插入式，带螺纹连接 NPT 1.25”

Rheonics 提供在线过程密度和粘度计，用于实时监控oring 的混凝土。

Rheonics SRV 在线粘度计：该传感器可实时测量各种粘度和温度，适合安装在罐中以监测混合过程，并安装在管道中以连续测量流动流体。 Rheonics SRV 特别适合高速混合过程，不受流体中气泡或外部振动的影响。

Rheonics SRD 在线密度和粘度计：该传感器实时测量密度、粘度和温度。它最适合安装在搅拌速度恒定的管道和储罐中。SRD 将密度添加到测量值中，以便进一步计算流体浓度。然而，与 SRV 相比，SRD 的测量粘度范围较窄，并且由于密度测量，高浓度的气泡会给读数带来噪声。SRD 不受外部振动的影响。

我们提供多种 SRV 和 SRD（SR 型）传感器探头，以满足特定的安装需求。访问 SRV 粘度计型号和 SRD 密度和粘度计型号.

安装

混凝土是一种颗粒状流体，由液体（主要是在搅拌过程中添加的水）以及通常细小的颗粒（例如硅灰、粉煤灰、矿渣等）组成。由于其成分和常见的磨蚀性， Rheonics 下一步的安装要求是使用 Type-SR 传感器测量混凝土的粘度和密度。

安装在弯头内

图6：SRD密度和粘度计弯头安装示例

Rheonics 传感器长插入探针 SR-X5 型弯头安装是混凝土在线测量的理想解决方案。弯头安装允许流体与传感器探头的传感元件平行或轴向流动，而长插入设计使传感元件位于管道更深处，流体流动比靠近壁面时更加稳定。这确保了传感元件始终保持清洁（流体使其保持清洁且无任何沉积物）。

使用长插入式探头，客户可以定义插入长度 (A) 和工艺连接 (B)。下表显示了使用 NPT 1.25 英寸螺纹连接和弯头的常见解决方案。

图7：SRD密度和粘度计弯头安装图

下载图纸（.pdf）

在我们的文章中可以找到更多弯头的安装示例：在弯头中安装 SR 型粘度和密度计

安装 Rheonics 星际之门

SRV 或 SRD Stargate (SG) 变体适用于高粘度和高速流体，可最大限度地减少探头上的沉积物和负载，因为它具有将探头置于直线中心的晶片单元设计。

- 优势 Stargate 安装的优点在于其污垢最少，并能减少探头的磨损。这种安装方式主要考虑的是需要使用适配器连接到工艺系统。 Rheonics 提供 Tri-Clamp 适配器通常不适用于水泥或混凝土应用。因此，客户应遵循 Stargate 的机械接口图纸，使其适应该工艺。

垂直安装

垂直安装是指探头与流体流动方向成 90° 角。这种安装方式的主要优点是简单。通常情况下， Rheonics 使用带螺纹连接（G1/2 或 NPT 3/4”）的传感器探头，并且安装时需要焊接头（HAW-12G-OTK or WOL-34NL)。这适用于混合后、软管之间或挤出模具或打印头之前的安装。

然而，这种安装方式容易在探头周围形成沉积物或堆积物，这些沉积物可能会覆盖传感元件，从而影响传感器读数。对于水泥或混凝土等高粘度流体，流体沉积物很常见。客户应确保避开易形成沉积物的区域（死区），并在形成沉积物时清洁探头。

图8：短传感器探头直线垂直安装

5.安装注意事项

侵蚀磨损
由于流体对探头表面材料的侵蚀作用，混凝土应用可能会使传感器探头磨损。在这种情况下，探头需要在一段时间后更换。用户只需申请一个新的探头，传感器电缆和电子设备则保持不变。在这些条件下，探头的使用寿命取决于流速、流体中的颗粒、占空比等因素。这些因素无法提前估计，但 Rheonics 可以配置传感器以向用户显示磨损程度并在需要更换时发出警告。