Stampa 3D per la sostenibilità ecologica nelle applicazioni marine
Nel recente pubblicato ” Materiali di stampa 3D sostenibili riciclati per ambienti marini “, gli autori – coinvolti nel progetto Bio-Shelters – si avventurano nel regno della sostenibilità e del riciclaggio nella stampa 3D, ma esplorano anche pesantemente la sempre crescente scienza dei materiali nel corso di un progetto trifase composto non solo da designer e architetti ma anche da esperti in materiali ed ecologia marina.
Design completo basato sui dati: prototipo di barriera corallina, test iniziali e modello site-specific
Per questo progetto, il team ha utilizzato una base di materiali convenzionali e alternativi, per includere:
Argilla
zucchero
Fibra di cellulosa
Carta riciclata
Rifiuti di legno e polistirolo
Calcestruzzo
Gesso
Non avendo paura di lavorare con materiali che potrebbero essere considerati “radicalmente innovativi e sperimentali”, i ricercatori si concentrano sull’applicazione dei loro risultati alle applicazioni marine:
“L’approccio alla progettazione materiale di questo progetto in questa fase attuale si basa sullo stesso principio dei prodotti a filamento sostenibile disponibili in commercio tra cui filamenti di legno riciclato, filamenti di mattoni riciclati e, recentemente, filamenti di alghe”, spiegano gli autori. “Questi prodotti si basano su una certa percentuale di materiale di base-bonding come plastica ABS o PLA per garantire stabilità di fabbricazione durante la stampa quando i materiali di base si fondono a una temperatura costante, garantendo un legame costante di ogni strato successivo.”
In molti casi, i team che lavorano con il progetto Bio-Shelters sono tenuti a costruire strutture come i muri di mare, dimostrando un ottimo esempio della necessità di materiali forti ma sostenibili dal punto di vista ambientale.
“La progettazione della struttura di stampa 3D è un approccio basato sui dati che incorpora dati ecologici per ottimizzare la forma per la crescita e la sopravvivenza delle specie marine nelle condizioni ambientali del sito di installazione, oltre ad essere parte integrante del progetto di progettazione e sito “, hanno dichiarato i ricercatori.
Concetto di design basato sui dati sviluppato per il progetto.
Testare i materiali significava aggiungere e sottrarre elementi dalla combinazione di base; ad esempio, durante la loro ricerca, il team potrebbe aver sottratto oggetti come sabbia o roccia frantumata da miscele di calcestruzzo, oltre ad aggiungere sostituti come vermiculite o ossido di ferro. Parte del loro materiale di costruzione comprende anche gusci di ostriche che sono considerati rifiuti nei mercati ittici di Sydney.
I materiali sostenibili possono essere utilizzati per creare bio-rifugi che sono attaccati alle pareti marine, aumentando il loro “valore ecologico”.
“Gli estuari in Australia, negli Stati Uniti e in Europa hanno subito la modifica di oltre il 50 percento delle loro coste naturali con strutture artificiali, come i muri di mare, che supportano la bassa biodiversità e pochi servizi ecosistemici rispetto agli habitat naturali che sostituiscono”, affermano i ricercatori .
Tali strutture aiutano con i seawalls, così come:
Stabilizzazione di terreni bonificati
Protezione delle infrastrutture costiere
Valorizzazione della pesca
Manutenzione di acqua pulita, promozione dei filtri
Sebbene l’uso di gusci di ostriche sia stato presente in progetti marini, scogliere artificiali e altro ancora, finora non sono stati utilizzati nella stampa 3D. In questo progetto di ricerca, il team ha utilizzato una stampante 3D FDM per sperimentare e testare materiali. Variabili di progettazione incluse:
Composizione del materiale
Scala delle perforazioni
Struttura
Integrità strutturale
Sebbene ci fosse una forte attenzione alle prestazioni e all’efficacia delle strutture, i ricercatori hanno anche sottolineato la necessità di prestazioni ecologiche, che richiedono costruzioni sostenibili. I materiali includevano una miscela di calcestruzzo standard con l’aggiunta di gusci di ostriche frantumate, vermiculite e roccia e sabbia frantumate.
“Le conchiglie di ostriche sono state acquistate dai venditori del mercato ittico di Sydney e frantumate con una Rock Crushing Machine e un mulino a palle situato presso la Facoltà di estrazione mineraria dell’UNSW”, hanno spiegato i ricercatori.
Test del materiale con guscio di ostrica rigenerato come aggregato, come parte di un progetto artistico per testare il materiale.
Sono stati prodotti una serie di stampi in silicone, con 30 piastrelle non strutturate e 30 con “perforazioni della stessa dimensione”.
“Ad oggi, sono state fabbricate sessanta 200 x 200 x 50 mm piastrelle e sono attualmente nell’oceano per i test”, hanno concluso i ricercatori. “Le piastrelle sono state fissate a un telaio di maglia d’acciaio e immerse nell’oceano nella zona intercotidale di Blackwattle Bay, Sydney per testare l’integrità strutturale del materiale in condizioni marine e, soprattutto, per testare il modo in cui interagiscono con la vita marina.
“Questi componenti per i test sui materiali rimarranno nell’oceano per 6 settimane e 6 mesi e saranno quindi valutati da scienziati e ingegneri marini per testare le loro prestazioni ed efficacia ecologiche e strutturali.”
