الكثافة واللزوجة هما المعلمات الحرجة في الطباعة ثلاثية الأبعاد للأسمنت لأنها تؤثر بشكل مباشر على إمكانية الطباعة, السلامة الهيكليةو التصاق الطبقة من المواد المطبوعة. يعد الرصد المباشر لهذه المعايير أمراً أساسياً للتحكم الفعال في الوقت الفعلي وضمان الجودة.
الشكل 1: الطباعة ثلاثية الأبعاد بالأسمنت [1]
جدول المحتويات
لقد حقق التصنيع الإضافي تقدماً كبيراً على مر السنين، وأصبح ذا أهمية في مختلف الصناعات مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد بالأسمنت أو الخرسانة (3DCP). يُعرف أيضًا باسم تصنيع الخرسانة المضافةهذه تقنية متطورة تُمكّن من بناء الهياكل بشكل آلي طبقة تلو الأخرى باستخدام مواد إسمنتية. على عكس البناء الخرساني التقليدي، الذي يتطلب قوالب وعمالة يدوية ضخمة، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد مباشرة يقوم ببثق الخلطات القائمة على الأسمنت تعتمد هذه التقنية على نموذج رقمي مُبرمج مسبقًا، وهي لا تختلف كثيرًا عن تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد البوليمرية المعروفة. تتوفر تقنيات مختلفة للطباعة ثلاثية الأبعاد، مثل نفث الرابط ونفث المواد، لكن البثق هو الأسلوب السائد. توفر هذه التقنية العديد من المزايا، بما في ذلك تقليل هدر المواد، وتسريع أوقات البناء، وزيادة مرونة التصميمولكن لتحقيق ذلك، من الضروري أن مراقبة وتحسين تركيبة المواد، ومعايير البثق، وظروف المعالجة لضمان التوحيد قابلية الطباعة، وتناسق المواد، والترابط الصحيح بين الطبقات، والتحكم البيئي، الخ.
تُسلط هذه المقالة الضوء على أهمية المعايير الرئيسية مثل اللزوجة والكثافة في الطباعة ثلاثية الأبعاد بالأسمنت وكيفية استخدامها Rheonics تتيح أجهزة الاستشعار إجراء قياسات مباشرة في الوقت الفعلي لأغراض المراقبة والتحكم.
الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء من شركة PERI: أول مبنى سكني مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في ألمانيا – [1]
بشكل عام، يمكن تقسيم عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد للأسمنت إلى الخطوات التالية [2]:
مزيج مسبق
تُخلط مواد ما قبل التجهيز للحصول على أسمنت مُصمم خصيصًا للطباعة ثلاثية الأبعاد. يتضمن هذا المزيج عادةً الأسمنت والرمل والمواد المضافة، وأحيانًا الألياف لتحسين المتانة وسهولة التشغيل. تُقدم العديد من الشركات هذه المادة المُجهزة مسبقًا والجاهزة للطباعة ثلاثية الأبعاد بالأسمنت. استخدمت التطورات الأولية عوامل مُكثِّفة لضمان مقاومة عالية بعد البثق، بينما تستخدم التطورات الحديثة مُثبِّطات لمنع تصلُّب المادة الطرية أثناء عملية الضخ، بالإضافة إلى مُسرِّعات تُعاكس تأثير المُثبِّطات وتُسرِّع عملية التصلُّب.
خلط
تتم عملية ترطيب المادة الجافة بشكل أساسي بإضافة الماء. ويمكن إجراء الخلط إما على دفعات أو من خلال عملية مستمرة. وتستخدم بعض العمليات مرحلة خلط ثانية قبل عملية البثق لأغراض مختلفة تتعلق بالسائل المستخدم.
النقل
يتطلب نقل الخرسانة عادةً استخدام مضخات تجويفية متدرجة، كما يمكن استخدام مضخات مكبسية ذات إزاحة موجبة. ويُعدّ توفير إمدادات ثابتة من الخرسانة الطازجة أمرًا بالغ الأهمية لنجاح أي عملية طباعة. والهدف عمومًا هو تجنب التوقفات المتكررة أثناء الطباعة، وضمان عدم تجاوز السرعة الحد الأقصى لمعدل البناء الرأسي للمادة.
يُشكّل سلوك الخرسانة السائل تحدياتٍ عديدة في رصد خصائصها الريولوجية. فالخرسانة لها حدٌ أدنى من الإجهاد، أي أنها تتصرف كجسم صلب عند تعرضها لإجهاد قصٍّ معين، وتتحول إلى سائل عند تجاوز هذا الإجهاد. إضافةً إلى ذلك، ثمة حاجة ماسة إلى سيولة عالية أثناء الضخ، فضلاً عن صلابة عالية وقوة معينة للحفاظ على شكلها بعد عملية البثق.
تشير اللزوجة إلى مقاومة السائل للتدفق بالإضافة إلى قوامه، بينما تُستخدم الكثافة كمؤشر على تجانس خلط السائل (مثل نسبة الماء إلى الأسمنت) مما يؤثر على القوة وقابلية الطباعة ووقت التصلب. وبشكل عام، يلزم مراقبة اللزوجة والكثافة لتحديد ما يلي:
بالإضافة إلى مراقبة خصائص المواد، فإن معرفة معايير الطباعة وظروف المعالجة أمر أساسي في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد للخرسانة.
Rheonics يوفر أجهزة قياس الكثافة واللزوجة المدمجة في عملية التصنيع لمراقبة الخرسانة في الوقت الفعلي.
Rheonics مقياس اللزوجة المدمج SRV: يقيس هذا المستشعر نطاقًا واسعًا من اللزوجة ودرجة الحرارة في الوقت الحقيقي وهو مناسب للتركيب في الخزانات لمراقبة عمليات الخلط وفي خطوط الأنابيب للقياس المستمر للسوائل المتدفقة. Rheonics تُعد تقنية SRV مناسبة بشكل خاص لعمليات الخلط عالية السرعة ولا تتأثر بوجود الفقاعات في السائل أو الاهتزازات الخارجية.
Rheonics مقياس الكثافة واللزوجة المدمج من SRDيقيس هذا المستشعر الكثافة واللزوجة ودرجة الحرارة في الوقت الفعلي. وهو الأنسب للتركيب في الأنابيب والخزانات ذات سرعة الخلط الثابتة. يضيف مستشعر SRD الكثافة إلى القياسات، مما يسمح بإجراء حسابات إضافية لتركيز السوائل، إلا أن نطاق قياس لزوجته أضيق مقارنةً بمستشعر SRV، كما أن التركيز العالي للفقاعات قد يُضيف تشويشًا إلى القراءات الناتجة عن قياس الكثافة. لا يتأثر مستشعر SRD بالاهتزازات الخارجية.
تتوفر أنواع متعددة من مجسات الاستشعار SRV وSRD (النوع SR) لتناسب متطلبات التركيب المحددة. تفضل بزيارة أنواع مقياس اللزوجة SRV و أنواع أجهزة قياس الكثافة واللزوجة من نوع SRD.
الخرسانة عبارة عن سائل حبيبي يتكون من سائل، وهو الماء المضاف بشكل أساسي أثناء الخلط، وعادةً ما يحتوي على جزيئات دقيقة مثل غبار السيليكا والرماد المتطاير والخبث، وما إلى ذلك. ونظرًا لتكوينها وخصائصها الكاشطة الشائعة، Rheonics تتضمن متطلبات التثبيت التالية قياس لزوجة وكثافة الخرسانة باستخدام أجهزة الاستشعار من النوع SR.
Rheonics مدخل بطاقة الذاكرة : نعم مجسات إدخال طويلة يُعدّ تركيب أنبوب (النوع SR-X5) في وصلة كوع حلاً ممتازاً لقياسات الخرسانة المباشرة. تسمح وصلة الكوع بتدفق السائل بشكل موازٍ أو محوري لعنصر الاستشعار في مسبار المستشعر، بينما يضع تصميم الإدخال الطويل عنصر الاستشعار في مكان أبعد داخل الأنبوب حيث يكون تدفق السائل أكثر انتظاماً منه بالقرب من الجدار. وهذا يضمن بقاء عنصر الاستشعار نظيفاً دائماً (يحافظ التدفق على نظافته وخلوه من أي رواسب).
باستخدام مسبار إدخال طويل، يمكن للعميل تحديد طول الإدخال (أ) ونوع وصلة العملية (ب). يوضح الجدول التالي حلاً شائعاً باستخدام وصلة ملولبة NPT 1.25 بوصة ووصلة كوع.
يمكنك الاطلاع على المزيد من أمثلة التركيب في أكواع الانحناء في مقالتنا: تركيب أجهزة قياس اللزوجة والكثافة من النوع SR في أكواع الانحناء
يُعد نوع SRV أو SRD Stargate (SG) مناسبًا للسوائل عالية اللزوجة وعالية السرعة مما يقلل من الترسبات والأحمال على المسبار، حيث أنه يحتوي على تصميم خلية رقاقة يضع المسبار في المنتصف في خط مستقيم.
استخدم ميزة من مزايا تركيب نظام ستارجيت أنه يقلل من تراكم الرواسب ويحد من احتكاك المسبار. ويُعدّ توفير محولات للتوصيل بالعملية الاعتبار الرئيسي لهذا النظام. Rheonics عروض Tri-Clamp لا تُناسب المحولات عمومًا تطبيقات الأسمنت أو الخرسانة. لذا، ينبغي على العميل اتباع رسومات التوصيل الميكانيكي لجهاز ستارجيت لتكييفه مع العملية.
يُوضع المسبار بزاوية 90 درجة مع اتجاه تدفق السائل عند تركيبه عموديًا. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذا التركيب في بساطته. عادةً، Rheonics يُستخدم مسبار استشعار ذو وصلة ملولبة (G1/2 أو NPT 3/4 بوصة)، ويلزم استخدام وصلة لحام صغيرة للتركيب (HAW-12G-OTK or WOL-34NL). يمكن أن يكون هذا مناسبًا للتركيبات بعد الخلط، أو بين الخراطيم، أو قبل قالب البثق أو رأس الطباعة مباشرة.
مع ذلك، فإن هذا التركيب عرضة لتراكم الرواسب حول المجس، مما قد يغطي عنصر الاستشعار ويؤثر بالتالي على قراءات المستشعر. وتُعدّ رواسب السوائل شائعة في السوائل عالية اللزوجة كالأسمنت والخرسانة. لذا، ينبغي على العميل تجنب المناطق المعرضة للرواسب (المناطق الميتة)، وتنظيف المجس في حال تكوّن الرواسب.
التآكل الناتج عن التعرية
قد تُعرّض التطبيقات الخرسانية مجسات الاستشعار للتآكل نتيجة لتأثيرات تآكل السائل على سطح المجس. في هذه الحالات، ستحتاج المجسات إلى الاستبدال بعد فترة زمنية محددة. كل ما على المستخدم فعله هو طلب مجس جديد، بينما يبقى كابل المجس والإلكترونيات في مكانها. يعتمد عمر المجس في هذه الظروف على معدل التدفق، والجسيمات الموجودة في السائل، ودورة التشغيل، وما إلى ذلك. لا يمكن تقدير ذلك مسبقًا، ولكن Rheonics يمكن ضبط أجهزة الاستشعار لعرض مستوى التآكل للمستخدمين والتحذير عند الحاجة إلى استبدال المنتج.
Rheonics تتوفر مجسات استشعار الأسمنت مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L. تعرف على المزيد حول مواد المجسات هنا: Rheonics مقياس اللزوجة، كثافة المادة، التوافق الكيميائي
Rheonics تتوافق مجسات SRV وSRD مع سرعات تدفق تصل إلى 10 م/ث. يقلل التركيب المتوازي في الكوع من تأثير سرعة التدفق على المجسات، ولكن السرعات ضمن هذا النطاق قد تُضيف تشويشًا كبيرًا إلى القراءات. اقرأ المزيد على مجسات من النوع SR للسوائل عالية اللزوجة والسرعة.
يرتبط وجود الجسيمات في السائل المقاس بتأثيرات الاحتكاك على المجس. عادةً، لا تؤثر الجسيمات اللينة التي يبلغ حجمها بضعة ميكرونات على قياسات المستشعر، وإنما قد تُسبب فقط تشويشًا في القراءات يمكن ترشيحه بواسطة إلكترونيات المستشعر. أما الجسيمات الأكبر حجمًا أو الصلبة التي يبلغ حجمها بضعة ملليمترات أو سنتيمترات، فقد تُسبب تشويشًا عاليًا جدًا في القراءات أو حتى تُتلف المجس، لذا يجب تجنبها.
مراجع حسابات
[2] https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1814422/SUMMARY01.pdf
[3] مضخة تجويفية تقدمية متعددة التطبيقات من الفولاذ المقاوم للصدأ من نوع PCM EcoMoineau™ C
[5] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321618300714
يشكل الغبار القابل للاشتعال خطراً كبيراً لحدوث انفجارات في مختلف الصناعات مثل صناعة الأغذية والمواد الكيميائية والتعدين...
تُعد لزوجة المادة اللاصقة المنصهرة بالحرارة خاصية بالغة الأهمية، لأنها تؤثر بشكل مباشر على قدرتها على...
في صناعة البطاريات، تلعب اللزوجة والكثافة دورًا حاسمًا في تحقيق جودة متسقة للمادة اللزجة،...
لطالما عُرفت صناعة التعدين بتعقيدها وبيئاتها القاسية. من الخامات...
