ВПЛИВ ГЕОМЕТРІЇ СОПЛА НА ЯКІСТЬ ЕКСТРУЗІЇ ПРИ 3D-ДРУЦІ

Анотація

Ключові слова: 3D-будівельний принтер, екструзія, сопло, якість екструзії, міцність на розтяг при розколюванні, планування експерименту.

У роботі досліджено вплив швидкості руху сопла та його геометричної форми на якість екструзії й адгезійну міцність між шарами будівельних сумішей придатних для 3D-друку. Проаналізовано особливості формування екструдованого шару при використанні сопел круглого, прямокутного та проміжного (овально-прямокутного) перерізу. Експериментальні дослідження виконано із застосуванням методів математичного планування експерименту з подальшою статистичною обробкою результатів. Отримано регресійні моделі другого порядку, що описують вплив швидкості руху сопла та його геометрії на показник якості екструзії та міцність на розтяг при розколюванні, яку розглянуто як характеристику міжшарової адгезії. Встановлено нелінійний характер впливу досліджуваних факторів і наявність оптимальних областей їх значень. Показано, що підвищення швидкості руху сопла покращує геометричну стабільність екструзії, проте знижує міжшарову міцність. Визначено, що форма сопла суттєво впливає на рівномірність потоку, площу контакту між шарами та ефективність ущільнення матеріалу. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації параметрів будівельного 3D-друку з метою підвищення якості формування та механічних характеристик надрукованих конструкцій.

1. Perrot A., Rangeard D., Pierre A.Structural built-up of cement-based materials used for 3D-printing extrusion techniques. Materials and Structures, 2016. https://doi.org/10.1617/s11527-016-0848-4.
2. Nan Zhang, Jay Sanjayan, «Extrusion nozzle design and print parameter selections for 3D concrete printing», «Cement and Concrete Composites» (2023). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.104939
3. Sanjayan J., Nematollahi B., Xia M., Marchment T. Effect of printing parameters on interlayer bond strength of 3D printed concrete. Construction and Building Materials, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.232
4. Dong An, Mahfuzur Rahman, Y.X. Zhang, Richard (Chunhui) Yang, Effects of Key 3D concrete printing process parameters on layer shape: Experimental study and Smooth Particle Hydrodynamics modelling, Case Studies in Construction Materials, Volume 22,2025, https://doi.org/10.1016/j.cscm.2025.e04718
5. Hager, I.; Golonka, A.; Putanowicz, A. 3D printing of buildings and building components as the future of sustainable construction? Proc. Eng. 2016, Vol. 151, pp. 292–299. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.357
6.  Марчук В.В., Дворкін Л.Й., Макаренко Р.М. Вплив параметрів та критерій визначення якості екструзії при 3D-друці. Вісник НУВГП. Технічні науки. Том 1 № 113 (2026)
7. Savytskyi M.V., Shatov S.V., Ozhyshchenko O.A., «3D-друк будівельних об’єктів», «Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури». 2020. Вип. 2, С. 59–68.
8. Dvorkin, L.; Dvorkin, O.; Ribakov, Y. Mathematical experiments planning in concrete technology. Nova Science Publishers: New York, USA, 2011, 173 p.