Original title:
Návrh 3D tiskové hlavy pro míchání aditiv do cementových směsí
Translated title:
Design of a 3D print head for mixing additives into cement mixtures
Authors:
Vícha, Daniel ; Dočkal, Aleš (referee) ; Škaroupka, David (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2023
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[cze][eng]
Předmětem diplomové práce je návrh 3D tiskové hlavy pro cementokompozitní směsi (betony). Zařízení umožňuje aditivování základní složky směsi pomocí tekutého urychlovače tuhnutí, následnou aktivní homogenizaci směsi a její dávkování v místě tisku. Při 3D tisku cementových směsí často dochází ke ztrátě vzpěrné stability výtisku, tudíž je nutné, aby tištěný materiál obsahoval aditiva zajišťující urychlení tuhnutí směsi. Tato aditiva však způsobují ucpávání hadic při čerpání směsi do tiskové hlavy v důsledku předčasného ztuhnutí směsi. Tudíž vhodnějším řešením je přimíchávání těchto aditiv v tiskové hlavě. Cílem tedy bylo vyvinout 3D tiskovou hlavu, která umožní homogenní rozmíchání aditiv ve směsi, čímž dojde k odstranění komplikací, které jsou spojeny s čerpáním. Byl navržen funkční prototyp tiskové hlavy, složený z míchací a extruzní komory. Na tomto prototypu byla ověřena efektivita míchání díky numerickým simulacím v programu Particleworks. Následně byl prototyp podroben experimentu se směsí bez urychlovače tuhnutí, kde byla zkoumána pumpovatelnost skrze tiskovou hlavu. Na základě numerických simulací bylo zjištěno, že navržený prototyp zajišťuje dostatečnou homogenitu urychlovače tuhnutí s cementovou směsí, čímž by mělo dojít k odstranění problémů spojených s čerpáním urychlené směsi. Díky oddělené míchací komoře lze efektivitu míchání řídit změnou otáček motoru pohánějícího míchací hřídel. Tisková hlava byla navržena tak, aby bylo možné extruzi při přejezdech tiskové hlavy přerušit, což bylo zajištěno vytlačením směsi do volného prostoru komory se šnekovým podavačem. Na základě provedených experimentů a numerických simulací lze tedy konstatovat, že vytvořená tisková hlava má potenciál zlepšit kvalitu 3D tisku cementových směsí a také odstranit problémy spojené s čerpáním.
The subject of the thesis is the design of a 3D printing head for cement-composite mixtures (concretes). The device enables the addition of the basic component of the mixture by using a liquid solidification accelerator, followed by active homogenization of the mixture and dosing at the printing site. 3D printing of cementitious mixtures often leads to a loss of buckling stability of the printout. Therefore, it is necessary for the printed material to contain additives that accelerate the solidification of the mixture. However, these additives can cause clogging of the hoses when the mixture is pumped into the print head due to premature solidification. Hence, a more suitable solution is to mix these additives in the print head itself. The objective was to develop a 3D print head that allows for homogeneous mixing of the additives in the mixture, thereby eliminating complications associated with pumping. A working prototype of the print head was designed, which consists of a mixing and extrusion chamber. The mixing efficiency of this prototype was verified through numerical simulations using Particleworks. Subsequently, the prototype underwent a mixture experiment without a solidification accelerator to investigate pumpability through the printhead. Based on the numerical simulations, it was determined that the proposed prototype provides sufficient homogeneity of the solidification accelerator with the cement mixture, which should resolve the issues associated with pumping the accelerated mixture. By having a separate mixing chamber, the mixing efficiency can be controlled by adjusting the speed of the motor that drives the mixing shaft. The print head was designed to allow extrusion to be interrupted during print head passes. This was achieved by extruding the mixture into the open space of the chamber using a screw feeder. Therefore, based on the conducted experiments and numerical simulations, it can be concluded that the developed print head has the potential to enhance the quality of 3D printing of cement mixtures and eliminate the problems associated with pumping.
Keywords:
3D; accelerator; Concrete; head; printing; 3D; Beton; hlava; tisková; urychlovač
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: https://hdl.handle.net/11012/248934
guest ::
