La densità e la viscosità lo sono parametri critici nella stampa 3D del cemento in quanto influenzano direttamente la stampabilità, integrità strutturale e adesione dello strato del materiale stampato. Monitoraggio in lineaoring di questi parametri sono fondamentali per un controllo affidabile in tempo reale e per garantire la qualità.

Figura 1: Stampa 3D del cemento [1]
Tabella dei Contenuti
- Introduzione
- Processo di produzione additiva di cemento
- Processo e monitoraggiooring Le sfide
- Rheonics Sensori di densità e viscosità in linea
1. introduzione
La produzione additiva ha compiuto progressi significativi nel corso degli anni e ha raggiunto rilevanza in diversi settori come Stampa 3D di cemento o calcestruzzo (3DCP). Conosciuto anche come produzione additiva di calcestruzzoSi tratta di una tecnologia all'avanguardia che consente la costruzione automatizzata strato per strato di strutture utilizzando materiali cementizi. A differenza della tradizionale costruzione in calcestruzzo, che richiede casseforme e un enorme lavoro manuale, la stampa 3D consente di realizzare direttamente estrude miscele a base di cemento seguendo un modello digitale pre-programmato, non molto diverso dalle note stampe 3D polimeriche. Sono possibili diverse tecnologie di 3DCP, come il binder jetting e il material jetting, ma l'estrusione è il metodo predominante. Questa tecnologia offre diversi vantaggi, tra cui riduzione degli sprechi di materiale, tempi di costruzione più rapidi e maggiore flessibilità di progettazionePer raggiungere questo obiettivo, tuttavia, è fondamentale monitorare e ottimizzare la composizione del materiale, i parametri di estrusione e le condizioni di polimerizzazione per garantire l'uniformità stampabilità, consistenza del materiale, corretta adesione tra gli strati, controllo ambientale, ecc.
Questo articolo evidenzia la rilevanza di parametri chiave come la viscosità e la densità nella stampa 3D del cemento e come Rheonics i sensori consentono la misurazione in linea in tempo reale per il monitoraggiooring e controllo.
PERI 3D Construction Printing: il primo edificio residenziale stampato in 3D in Germania – [1]
2. Processo di produzione additiva di cemento

Figura 2: Panoramica del processo di stampa 3D del cemento
In una visione generale, un processo di stampa 3D del cemento può essere suddiviso nei seguenti passaggi [2]:
Premiscelato
I materiali pre-dosati vengono miscelati per ottenere un cemento appositamente sviluppato per la stampa 3D. Generalmente, questo materiale include cemento, sabbia, additivi e talvolta fibre per migliorarne la resistenza e la lavorabilità. Diverse aziende offrono già questo materiale premiscelato pronto per la stampa 3D di cemento. Gli sviluppi iniziali utilizzavano agenti addensanti per garantire un elevato limite di snervamento dopo l'estrusione, mentre sviluppi recenti utilizzano ritardanti per impedire la presa del materiale fresco durante il processo di pompaggio, in combinazione con acceleranti che contrastano l'effetto ritardante e inducono tempi di presa più rapidi.
Miscelazione
Processo di idratazione del materiale secco mediante aggiunta di acqua. La miscelazione può essere effettuata a lotti o in continuo. Alcuni processi utilizzano una seconda fase di miscelazione subito prima dell'estrusione per diverse finalità, a seconda del fluido utilizzato.
Transport
Il trasporto del calcestruzzo richiede normalmente l'utilizzo di pompe a cavità progressiva, ma in questo caso si possono trovare anche pompe volumetriche a pistoni. Un apporto costante di calcestruzzo fresco è essenziale per il successo di qualsiasi operazione di stampa. In generale, l'obiettivo è evitare frequenti arresti durante la stampa e assicurarsi che la velocità non superi la velocità massima di accumulo verticale del materiale.

Figura 3: Pompe a cavità progressiva [3]
L'estrusione è la fase critica nella stampa 3D del cemento e consiste nell'estrusione del materiale attraverso un ugello o una filiera montati su un braccio robotico o un sistema a portale in grado di muoversi normalmente in 3 direzioni e di seguire un modello digitale pre-programmato. Ogni strato si lega al precedente, assemblandone gradualmente la struttura. Gli ugelli possono essere passivi o a vite con deposizione controllata. I primi realizzano l'estrusione tramite il sistema di pompaggio e trasporto, mentre i secondi sono dotati di una tramoggia aperta con una vite di alimentazione per estrudere direttamente il materiale, consentendo una maggiore precisione nel controllo del flusso.

Figura 4: Sistema a portale per l'estrusione di stampaggio del cemento [4]
3. Elaborare e monitorareoring Le sfide
Il comportamento fluido del calcestruzzo pone numerose sfide nel monitoraggiooring delle sue proprietà reologiche. Il calcestruzzo ha un limite di snervamento, il che significa che si comporta come un solido al di sotto di un certo sforzo di taglio applicato, e un comportamento fluido quando tale sforzo di taglio viene superato. Inoltre, è chiaramente necessaria un'elevata fluidità durante il pompaggio, ma anche un'elevata rigidezza e una certa resistenza per mantenere la forma dopo l'estrusione.
La viscosità indica la resistenza di un fluido allo scorrimento e la sua consistenza, mentre la densità è utilizzata come indicatore della miscelazione omogenea del fluido (ad esempio, il rapporto acqua/cemento) che influenza la resistenza, la stampabilità e il tempo di presa. Generalmente, viscosità e densità monitoranooring è necessario determinare:
- Stampabilità (forma mantenuta dopo il deposito, numero di livelli supportati)
- Forza materiale
- Qualità di stampa
- Restringimento da essiccazione
- Evitare inceppamenti sull'estrusore
Oltre al monitoraggio delle proprietà dei materialioring, conoscere i parametri di stampa e le condizioni di polimerizzazione è fondamentale nel processo di stampa 3D del calcestruzzo.
4. Rheonics Sensori di densità e viscosità in linea

Figura 5: Rheonics Viscosimetro in linea (SRV) e misuratore di densità e viscosità (SRD) variante a inserimento lungo con attacco filettato NPT 1.25"
Rheonics offre misuratori di densità e viscosità di processo in linea per il monitoraggio in tempo realeoring di cemento.
Rheonics Viscosimetro in linea SRV:Questo sensore misura un'ampia gamma di viscosità e temperatura in tempo reale ed è adatto all'installazione in serbatoi per monitorare i processi di miscelazione e in tubazioni per la misurazione continua del fluido in movimento. Rheonics SRV è particolarmente adatto per processi di miscelazione ad alta velocità e non è influenzato dalla presenza di bolle nel fluido o da vibrazioni esterne.
Rheonics Misuratore di densità e viscosità in linea SRDQuesto sensore misura densità, viscosità e temperatura in tempo reale. È ideale per l'installazione in condotte e serbatoi con velocità di miscelazione costante. L'SRD aggiunge la densità alle misurazioni, consentendo ulteriori calcoli della concentrazione del fluido; tuttavia, ha un intervallo di viscosità di misura più ristretto rispetto all'SRV e un'elevata concentrazione di bolle può aggiungere rumore alle letture a causa della misurazione della densità. L'SRD non è influenzato dalle vibrazioni esterne.
Sono disponibili diverse sonde sensore SRV e SRD (tipo SR) per soddisfare requisiti di installazione specifici. Visita Varianti del viscosimetro SRV e Varianti del misuratore di densità e viscosità SRD.
SERVIZIO DI
Il calcestruzzo è un fluido granulare composto da liquido, principalmente acqua aggiunta durante la miscelazione, e solitamente particelle fini come fumo di silice, ceneri volanti, scorie, ecc. A causa della sua composizione e delle comuni proprietà abrasive, Rheonics ha i seguenti requisiti di installazione per misurare la viscosità e la densità del calcestruzzo con i sensori Type-SR.
- Installazione in Sweep Elbow

Figura 6: Esempio di installazione del gomito del misuratore di densità e viscosità SRD
Rheonics sensore sonde di inserimento lunghe (Tipo SR-X5) in un'installazione a gomito è un'ottima soluzione per misurazioni in linea su calcestruzzo. L'installazione a gomito consente al fluido di procedere parallelamente o assialmente all'elemento sensibile della sonda del sensore, mentre il design a inserimento lungo posiziona l'elemento sensibile più in profondità nella linea, dove il flusso del fluido è più costante rispetto alla parete. Ciò garantisce che l'elemento sensibile rimanga sempre pulito (il flusso lo mantiene pulito e privo di depositi).
Con una sonda di inserimento lunga, il cliente può definire la lunghezza di inserimento (A) e la connessione di processo (B). La tabella seguente mostra una soluzione comune che utilizza una connessione filettata NPT da 1.25" e un elbolet.

Figura 7: Disegno di installazione del gomito del misuratore di densità e viscosità SRD
Ulteriori esempi di installazione di gomiti curvi sono disponibili nel nostro articolo: Installazione di misuratori di viscosità e densità tipo SR nei gomiti di scorrimento
- Installazione con Rheonics Stargate
La variante SRV o SRD Stargate (SG) è adatta per fluidi ad alta viscosità e alta velocità, riducendo al minimo i depositi e i carichi sulla sonda, poiché presenta un design della cella wafer che posiziona la sonda centrata su una linea retta.
vantaggio L'aspetto più interessante dell'installazione di Stargate è che presenta la minima quantità di sporco e può ridurre l'abrasione sulla sonda. Un aspetto fondamentale per questa installazione è la necessità di adattatori per il collegamento al processo. Rheonics offre il Tri-Clamp Adattatori generalmente non adatti ad applicazioni su cemento o calcestruzzo. Per questo motivo, il cliente è tenuto a seguire i disegni dell'interfaccia meccanica dello Stargate per adattarlo al processo.
- Installazione perpendicolare
Un'installazione perpendicolare posiziona la sonda a 90° rispetto al flusso del fluido. Il vantaggio principale di questa installazione è la sua semplicità. Normalmente, un Rheonics viene utilizzata una sonda sensore con attacco filettato (G1/2 o NPT 3/4”) e per l'installazione è necessario un weldolet (HAW-12G-OTK or WOL-34NL). Può essere adatto per installazioni dopo la miscelazione, tra i tubi flessibili o subito prima della filiera di estrusione o della testina di stampa.
Questa installazione, tuttavia, è soggetta a depositi o accumuli attorno alla sonda che possono coprire l'elemento sensibile e quindi compromettere le letture del sensore. I depositi di fluido sono comuni nei fluidi ad alta viscosità come cemento o calcestruzzo. Il cliente deve assicurarsi di evitare le zone soggette a depositi (zone morte) e di pulire la sonda in caso di formazione di depositi.

Figura 8: Installazione perpendicolare della sonda del sensore corto in linea retta
5. Considerazioni sull'installazione
Abrasione per erosione
Le applicazioni concrete possono esporre le sonde dei sensori all'abrasione a causa degli effetti di erosione del fluido sul materiale superficiale della sonda. In questi casi, le sonde devono essere sostituite dopo un certo periodo di tempo. Gli utenti devono solo richiedere una nuova sonda, mentre il cavo del sensore e l'elettronica vengono mantenuti in posizione. La durata della sonda in queste condizioni dipende dalla portata, dalle particelle presenti nel fluido, dal ciclo di lavoro, ecc. Non è possibile stimarlo in anticipo, ma Rheonics i sensori possono essere configurati per mostrare agli utenti il livello di abrasione e avvisare quando è necessaria la sostituzione.
Materiale bagnato
Rheonics Le sonde per cemento sono disponibili in acciaio inossidabile 316L. Scopri di più sui materiali delle sonde qui: Rheonics compatibilità chimica del materiale di densità del viscosimetro
Limite di velocità del flusso
Rheonics Le sonde SRV e SRD sono compatibili con velocità di flusso fino a 10 m/s. L'installazione parallela in un gomito riduce l'impatto della velocità di flusso sulle sonde, ma velocità in questo intervallo possono comunque aggiungere troppo rumore alle letture. Per saperne di più Sonde tipo SR con fluidi ad alta viscosità e velocità.
Particelle nel fluido
La presenza di particelle nel fluido misurato è legata agli effetti di abrasione sulla sonda. Normalmente, particelle morbide dell'ordine dei micron non influenzano la misurazione del sensore. Queste possono solo causare rumore nelle letture, che può essere filtrato dall'elettronica del sensore. Particelle più grandi o dure dell'ordine dei millimetri o dei centimetri possono creare un livello di rumore molto elevato nelle letture o persino danneggiare la sonda, pertanto è necessario evitarne la presenza.
Bibliografia
[1] PERI 3D Construction Printing: il primo edificio residenziale stampato in 3D in Germania (EN)
[2] https://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1814422/SUMMARY01.pdf
[3] Pompa a cavità progressiva multiuso in acciaio inossidabile PCM EcoMoineau™ C
[4] Soluzione | COBOD International
[5] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452321618300714