Отчет о выполнении НИОКР по теме: "Разработка, изготовление и испытание опытного образца печатающей головки сухого типа для строительного 3D принтера." (договор №4053ГС1/68574 от 11.06.2021)

Отчет - с. 99, разделов - 12, рисунков - 27, таблиц - 5, источников - 5. Перечень ключевых слов – 3D печать, экструдер, головка, бункер, шкаф управления, программа управления, ротор, подача, смесь, сопло, образец, чертеж, испытание. Целью данной работы была разработка, изготовление деталей, сборка, наладка, запуск, калибровка опытно-промышленного экземпляра печатающей головки строительного типа сухого типа. Дополнительно проработана компоновка головки с учетом конструкции подвижной балки портального строительного принтера, положения нижних упоров подвижной Y-балки. Разработана крепление сопла для обеспечения печати с нулевой отметки. Разработана система подачи от насоса головки до сопла. В рамках теоретических исследований на первом этапе было проведено изучение литературы, поиск аналогичных решений в сети «Интернет», патентный поиск, консультации со специалистами научных учреждений строительной отрасли. Для достижения запланированных показателей по точности технологии, производительности и прочности был спроектирован опытно-промышленный экземпляр печатающей головки сухого типа. На разработку был получен патент на изобретение № 2021128769 от 01.10.2021 «Система подготовки и подачи материала строительного 3D принтера» и получен патент № 2767464. Изготовленный экземпляр опытно-промышленной головки обеспечивает подготовку строительной смести непосредственно на подвижной балке, что исключает необходимость прочистки и промывки длинных шлангов после остановки печати. Изготовленная головка обеспечивает подготовку строительной смеси из двух компонентов: сухая смесь и вода с химическими добавками. Для подготовки испытаний непосредственно на опытном экземпляре портального строительного принтера разработана компоновка каретки, а также установка сопла для обеспечения печати на нулевой отметке. По разработанной документации были изготовлены корпус головки, крышка головки с креплением привода и разъемами для обслуживания, установка героторного насоса, мачта выноса сопла на нулевую отметку, кронштейн крепления мачты, система подачи строительной смеси к соплу, накопительный бункер для строительной смеси установка привода миксера и насоса, собран шкаф управления с регулировкой скорости подачи смеси и регулировкой расхода воды. Разработанная и изготовленная опытно-промышленная печатающая головка была установлена на опытный экземпляр строительного принтера, проведены пробные испытания функционирования головки, проведены пуско-наладочные работы, Проведены испытательные работы, произведена калибровка головки. В результате проведенных экспериментов были достигнуты заявленные в техническом задании количественные параметры, определяющие выполнение научно-техническим продуктом своих функций, проведены испытания головки и изготовлены образцы, которые соответствуют установленным требованиям, а также, установлен гарантированный класс прочности получаемого бетона - не ниже B35 (прочность от 45,9 Мпа, разрушающая нагрузка от 211 кН), производительность печати выраженная в куб. м. изделия в составила 4,05 куб. м / час, скорость выдачи готового материала до 1,157 куб м в час, линейная выдача 444 м, работа в области печати 18х14х8 м и более, скорректирован алгоритм и программа управления головкой, полученные результаты соответствуют требованиям в техническом задании определяющим успешное выполнение НИОКР. Из достигнутых результатов, можно сделать вывод, что разработанный в рамках НИОКР, опытно-промышленный образец головки открывает широкие возможности применения данной технологии при внедрении 3D печати в строительную отрасль. Внедрение данной разработки позволит снизить расходы на эксплуатацию оборудования, сделать строительную 3D печать более технологичной и снизить расходы на материалы для печати. По нашим прогнозам, технология сухой подготовки и подачи материала, имеет потенциал расширить область применения 3D печати в строительстве за счет возможности печати малоподвижными смесями и материалами с крупной фракцией заполнителя, ранее недоступных для применения в отрасли. При продолжении исследований, начатых в данном НИОКР и дальнейшей доработки технологии печатающая головка сухого типа может заменить системы традиционной “мокрой” подачи. Выполненные работы полностью соответствуют требованиям технического задания и календарного плана.