Geometrical accuracy of concrete walls manufactured by 3D printing

Abstract

The presented results were obtained during a theoretical and experimental study of the geometric accuracy and surface quality parameters of concrete walls manufactured using additive technologies. Theoretical aspects of the classification of defects and deviations of surfaces obtained by layered concrete construction have been developed. The study examines the influence of layer thickness on printing precision and defect formation in 3D concrete printing (3DCP) processes. Two experimental samples were fabricated with different layer thicknesses: 20 mm and 15 mm. Systematic measurements were conducted to evaluate crack depth on vertical surfaces, pore depth on horizontal surfaces, track width variations, and deviations from straight-line geometry. The experimental methodology involved comprehensive measurement protocols using precision instruments to assess geometrical parameters and surface quality characteristics. Statistical analysis was performed to quantify the relationships between layer thickness and printing accuracy, including calculations of mean values, standard deviations, and coefficients of variation for all measured parameters. Results demonstrate significant improvements in geometrical accuracy when reducing layer thickness from 20 mm to 15 mm. Представлені результати одержано при теоретичному і експериментальному дослідженні геометричної точності та параметрів якості поверхні бетонних стін, виготовлених за допомогою адитивних технологій. Пророблено теоретичні аспекти класифікації дефектів та відхилень поверхонь одержаних пошаровою побудовою бетоном. У дослідженні розглядається вплив товщини шару на точність друку та утворення дефектів у процесах 3D-друку бетоном. Було виготовлено два експериментальні зразки з різною товщиною шару: 20 мм та 15 мм. Були проведені систематичні вимірювання для оцінки глибини тріщин на вертикальних поверхнях, глибини пор на горизонтальних поверхнях, варіацій ширини доріжки та відхилень від прямолінійної геометрії. Експериментальна методологія включала комплексні протоколи вимірювань з використанням точних приладів для оцінки геометричних параметрів та характеристик якості поверхні. Був проведений статистичний аналіз для кількісної оцінки взаємозв'язків між товщиною шару та точністю друку, включаючи розрахунки середніх значень, стандартних відхилень та коефіцієнтів варіації для всіх виміряних параметрів. Результати демонструють значне покращення геометричної точності при зменшенні товщини шару з 20 мм до 15 мм.