Технологичное управление оборудованием для 3D-аддитивной печати строительных нанокомпозитов
Автор: Иванова Ольга Владимировна, Халиков Рауф Музагитович, Салов Александр Сергеевич, Низамутдинов Малик Халилович, Зиннатуллин Вячеслав Валерьевич
Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild
Рубрика: Технологии производства строительных материалов и изделий
Статья в выпуске: 2 т.13, 2021 года.
Бесплатный доступ
Введение. Разработка инновационных подходов цифрового управления оборудованием, обеспечивающих получение 3D-строительных конструкций с высокими эксплуатационными и технико-экономическими характеристиками, остается актуальной задачей. Эксплуатация и обслуживание технологического оборудования в процессе 3D-печати строительных объектов не всегда соответствует современным требованиям управления техническими системами. Методы и материалы. 3D-печать основана на методе экструзии: послойного формования строительной конструкции добавлением и достаточно быстрым последующим отверждением нанокомпозиционного стройматериала. Формуемая оптимизированная нанокомпозиция должна иметь требуемую реологию, что обеспечивают гребнеобразные поликарбоксилатные эфиры с наностерическим отталкиванием на расстоянии = 11 нм. Для организации стабильной технологии 3D-печати необходимо также подобрать соответствующие оптимальные заполнители (наполнители), которые обеспечивают необходимые физико-механические и эксплуатационные показатели затвердевшему нанокомпозиту. Результаты. Эффективность трехмерной печати предусматривает скоординированное функционирование строительного 3D-принтера. В связи с этим необходимо иметь бетононасосное оборудование, которое способно перекачивать по гибким трубопроводам исходную нанокомпозицию с определенной скоростью. Учет влияния факторов величин давления и объема позволяет увеличить мощность бетононасосного электродвигателя на 14-17%, а также синхронно понижает уровень вибраций. Обсуждение. Цифровые 3D-технологии раскрывают уникальные возможности инновационного производства трехмерных строительных объектов и инженерных конструкций. Технологичное управление качеством 3D-печати зависит от правильной юстировки механизмов принтера, а уменьшение бракованных изделий можно добиться за счет корректировки параметров формования строительных нанокомпозитов. Структурообразовательное отверждение портландцементных нанокомпозитов основано на образовании фрактальных структур кластеров гидросиликатов кальция размерами 47-51 нм, формирующих наноагрегаты (125-132 нм), которые за счет адгезионных взаимодействий постепенно цементируют наполнители. Востребованные разработки соответствующего оборудования только усиливают преимущества 3D-аддитивных технологий: практическая безотходность; невысокое энергопотребление 3D-принтеров; сокращение времени от проектирования до завершения работ в 8-11 раз. Заключение. Технологичное управление бетононасосным оборудованием для 3D-аддитивной печати строительных нанокомпозитов сокращает энергетические затраты на 26-29%, а также одновременно понижает уровень вибраций
Аддитивные нанотехнологии, 30-принтер, цифровое строительство, бетононасосы, 30-печать нанокомпозиций, управление качеством
Короткий адрес: https://sciup.org/142226597
IDR: 142226597 | УДК: 666.9.03 | DOI: 10.15828/2075-8545-2021-13-2-117-123
Technological equipment management for 3D additive printing of building nanocomposites
Introduction. The development of innovative approaches to digital equipment control that ensure the production of 3D building structures with high operational and technical-economic characteristics remains an urgent task. The handling and maintenance of technological equipment during the process of 3D-printing of construction objects do not always meet the modern requirements of technical systems management. Methods and materials. 3D-printing is based on the method of extrusion: molding of a building structure layer-by-layer with the addition and fairly rapid subsequent solidification of nanocomposite building materials. The resulting optimized nanocomposition must have the required rheology, which set the comb-like polycarboxylate esters with nanosteric repulsion at a distance of = 11 nm. In order to organize a stable 3D-printing technology, it is also necessary to select the appropriate optimal fillers that provide the necessary physical, mechanical and operational characteristics to the hardened nanocomposite. Results. The effectiveness of three-dimensional printing calls for the coordinated operation of a construction-grade 3D-printer. In this regard, it is necessary to have concrete pumping equipment that is able to pump the initial nanocomposition through flexible pipelines at a certain speed. It is necessary to consider the influence of pressure and volume to increase the power of the concrete pump motor by 14-17%, and at the same tine reduce the level of vibrations. Discussion. Digital 3D-technologies reveal unique opportunities for innovative production of three-dimensional construction objects and engineering structures. Technological quality management of 3D-printing depends on the correct alignment of the printer mechanisms, and the reduction of defective products can be achieved by adjusting the molding parameters of building nanocomposites. The structure-forming curing of Portland cement nanocomposites is based on the formation of fractal structures of calcium hydrosilicate clusters with dimensions of 47-51 nm, that form nanoaggregates (125-132 nm), which gradually cement the fillers due to adhesive interactions. The high demand for the corresponding equipment only strengthens the advantages of 3D-additive technologies: its practical waste-free operation, low power consumption of 3D-printers, time reduction of design-to-completion process by 8-11 times. Conclusions. Technological managing of concrete pump equipment for 3D-additive printing of building nanocomposites reduces energy costs by 26-29%, and at the same time reduces the level of vibration.
Список литературы Технологичное управление оборудованием для 3D-аддитивной печати строительных нанокомпозитов
- Славчева Г.С., Артамонова О.В. Управление реологическим поведением смесей для строительной 3D-печати: экспериментальная оценка возможностей арсенала «нано» // Нанотехнологии в строительстве. – 2019. – Том 11, № 3. – С. 325–334. – DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-3-325-334.
- Колесников А.Г. Модернизация конструкции экструдера строительного 3D-принтера и подбор составов для него // Урбанистика. – 2019. – № 2. – С. 64-70. – DOI: 10.7256/2310-8673.2019.2.29597.
- Славчева Г.С., Акулова И.И., Вернигора И.В. Концепция и эффективность применения 3D-печати для дизайна городской среды // Жилищное строительство. – 2020. – № 3. – С.49-55. – DOI: 10.31659/0044-4472-2020-3-49-55.
- Сергеева О.Ю. Аддитивные технологии и 3D-моделирование // Нанотехнологии в строительстве. – 2018. – Том 10, № 4. – С. 142–158. – DOI: 10.15828/2075-8545-2018-10-4-142-158.
- Халиков Р.М., Иванова О.В., Короткова Л.Н. и др. Супрамолекулярный механизм влияния поликарбоксилатных суперпластификаторов на управляемое твердение строительных нанокомпозитов // Нанотехнологии в строительстве. – 2020. – Том 12, № 5. – С. 250–255. – DOI: 10.15828/2075-8545-2020-12-5-250-255.
- Чернышов Е.М., Артамонова О.В., Славчева Г.С. Наномодифицирование цементных композитов на технологической стадии жизненного цикла // Нанотехнологии в строительстве. – 2020. – Том 12, № 3. – С. 130–139. – DOI: 10.15828/2075-8545-2020-12-3130-139.
- Иванов Л.А., Сюй Л.Д., Бокова Е.С. и др. Изобретения, основанные на использовании нанотехнологий, позволяют получить принципиально новые технические результаты. Часть V // Нанотехнологии в строительстве. – 2020. – Том 12, № 6. – С. 331–338. – DOI: 10.15828/20758545-2020-12-6-331-338.
- Perkins I., Skitmore M. Three-dimensional printing in construction industry: A review. International Journal of Construction Management. 2015;15(1):1–9.
- Le T.T., Austin S.A., Lim S. et al. Mix design and fresh properties for high-performance printing concrete. Materials and Structures. 2012;45(8):1221–1232.
- Asprone D., Auricchio F., Menna C. et al. 3D printing of reinforced concrete elements: Technology and design approach. Construction and Building Materials. 2018;165:218–231. Available from: doi: 10.1016/j.conbuildmat. 2018.01.018.
- Комаринский М.В., Червова Н.А. Транспорт бетонной смеси при строительстве уникальных зданий и сооружений // Строительство уникальных зданий и сооружений. –2015. – № 1 (28). – С. 6–31.
- Иванова О.В., Короткова Л.Н., Халиков Р.М. Оптимизированное управление функционированием электротехнического оборудования в 3D печати // Сб. статей 6-й Всерос. конф. «Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении». – Курск: ЮЗГУ, 2021. – С. 88–91.
- Егорова Н.В., Иванова Н.К., Комков В.Г. Конструкции бетонных насосов // Ученые записки ТОГУ. – 2018. – Том 9, № 2. – С. 1052–1057.
- Иванова О.В., Короткова Л.Н., Фаттахов М.М. и др. Надежное управление качеством функционирования электротехнического оборудования в 3D аддитивных технологиях // Электротехнические и информационные комплексы и системы. – 2020. – Том 16, № 3. – С. 43–49.
- Важдаев К.В., Иванова О.В., Халиков Р.М. и др. Управление качеством функционирования технологической линии водоснабжения с использованием современных датчиков // Строительство и техногенная безопасность. – 2018. – № 13 (65). – С. 127–132.
- Иванова О.В., Халиков Р.М., Короткова Л.Н. Результативное управление электротехническим оборудованием технологической схемы производства качественной воды // Электротехнические и информационные комплексы и системы. – 2018. – Том 14, № 2. – С. 21–27.
- Халиков Р.М., Иванова О.В. Технологические схемы решения экологических проблем регионального производства материалов // Nauka-Rastudent.ru. – 2014. – № 3 (03). – С. 10.
- Пустовгар А.П., Адамцевич А.О., Волков А.А. Технология и организация аддитивного строительства // Промышленное и гражданское строительство. – 2018. – № 9. – С. 12–20.
- Павлов А.П., Дворянкин А.О. Обеспечение надежности и работоспособности 3D-принтеров // Ремонт. Восстановление. Модернизация. – 2020. – № 8. – С. 20–25. DOI: 10.31044/1684-2561-2020-0-8-20-25.
- Лунева Д.А., Кожевникова Е.О., Калошина С.В. Применение 3D-печати в строительстве и перспективы ее развития // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2017. – Том 8, № 1. – С. 90–101.
- Гусев Б.В. Бетоны с наполнителями различной дисперсности и их наномодификация // Нанотехнологии в строительстве. – 2019. – Том 11, № 4. – С. 384–393. – DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-4-384-393.
- Гусев Б.В., Кудрявцева В.Д., Потапова В.А. Бетоны с нанодобавкой из обожженного вторичного бетона // Нанотехнологии в строительстве. – 2020. – Том 12, № 5. – С. 245–249. – DOI: 10.15828/2075-8545-2020-12-5-245-249.
- Синицин Д.А., Халиков Р.М., Булатов Б.Г. и др. Технологичные подходы направленного структурообразования нанокомпозитов строительного назначения с повышенной коррозионной устойчивостью // Нанотехнологии в строительстве. – 2019. – Том 11, № 2. – С. 153–164. – DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-2-153-164.
- Пудовкин А.Н, Синицин Д.А., Салов А.С. и др. Технологические процессы производства бетонной смеси. Оборудование, механизация, автоматизация. – Уфа: УГНТУ, 2019. – 198 с.
- Стрижнев И.В., Фролов Ю.А., Кинев С.А. и др. Бортовое ограждение // Патент RU 102944 U1. Опубл. 20.03.2011.
- Иванова О.В. Словарь основных терминов управления качеством. – Уфа: Изд-во БашГУ, 2014. – 68 с.
- Савельева Н.А., Чернышев А.Н. Оценка строительной продукции в системе менеджмента качества // Аудит и финансовый анализ. – 2008. – № 3. – С. 312–318.
- Иванова О.В. Сертификация и лицензирование в сфере транспортных систем. – Уфа: УГНТУ, 2019. – 44 с.
- Bedov A., Salov A., Gabitov A. CAD methods of structural solutions for reinforced concrete frame. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2018;365:052032.
- Семин А.С., Вахрушев С.И. Технико-экономическое сравнение вариантов автобетоносмесителей различных типоразмеров // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. – 2018. – Т. 2. – С. 445–454.
- Фрей В., Руф Б. Устройство управления автобетоносмесителем // Патент RU 2467872 С2. Опубл. 27.11.2012.
