Flow rate control system utilizing rheological parameters for precise and consistent extrusion in 3D concrete printing

Abstract

The use of inline quality assessment technologies is of great importance in meeting the consistent extrusion requirements of 3D concrete printing (3DCP) applications. The proposed study suggests a system for regulating the extrusion speed during 3DCP processes in order to maintain the extrusion flow rate at a targeted value. This system is based on a newly proposed equation that combines both printing parameters and the rheological properties of the material used in the printing process. The study presents a novel flow rate control method for 3DCP, leveraging a unique correlation between printing and rheological parameters, to address quality assessment strategies in the process. The control strategy that has been proposed is established to function effectively with different types of cement-based mixtures and has the capability to regulate the extrusion process, thereby ensuring the attainment of a targeted flow rate from the system. Validation tests demonstrate that the proposed flow rate control can maintain an instantaneous flow rate within a certain range and eventually achieve a constant flow rate. During operation, the flow rate is consistently maintained around the targeted value with an average error rate of 6.7 percent. The presented flow rate control mechanism exhibits promising potential as a reliable and efficient solution for achieving precise and constant flow rate values, regardless of the cement mix design employed.3D beton baskı (3DCP) uygulamalarında ekstrüzyon kalitesinin devamlılığını sağlamak için hat içi kalite değerlendirme teknolojilerinin kullanımı büyük öneme sahiptir. Bu çalışma, 3DCP süreçlerinde ekstrüzyon hızını düzenlemek için bir sistem önermektedir, böylece ekstrüzyon akış hızını hedeflenen bir değerde tutmayı sağlar. Bu sistem, baskı parametrelerini ve baskı sürecinde kullanılan malzemenin reolojik özelliklerini birleştiren yeni bir denklem temelinde oluşturulmuştur. Çalışma, baskı ve reolojik parametreler arasındaki benzersiz ilişkiyi kullanarak 3DCP için yeni bir akış hızı kontrol yöntemi sunmakta ve süreçte kalite değerlendirme stratejileri ele alınmaktadır. Önerilen kontrol stratejisi, farklı tipte çimento bazlı karışımlarla etkin bir şekilde çalışacak şekilde geliştirilmiş olup, sistemden hedeflenen akış hızının elde edilmesini sağlayarak ekstrüzyon sürecini düzenleme kapasitesine sahiptir. Yapılan testlere göre geliştirilen sistemin, çimento ekstrüzyon hızını belirli bir aralıkta tutabildiği ve sonunda sabit bir akış hızı elde edilebildiği görülmüştür. Ekstrüzyon işlemi sırasında, akış hızı hedeflenen değerin etrafında sürekli olarak korunmakta olup, ortalama hata oranı %6,7'dir. Sunulan akış hızı kontrol mekanizması, kullanılan çimento karışımı tasarımından bağımsız olarak hassas ve sabit akış hızı değerleri elde etmek için güvenilir ve verimli bir çözüm olarak umut vadetmektedir.