Materiale e tecnologia emergenti nel cemento naturale rinforzato con fibre naturali per la stampa 3D di calcestruzzo

Universiti Tun Hussein Onn Malaysia: Stampa 3D su cemento e compositi in fibra naturale

I ricercatori dell’Universiti Tun Hussein Onn Malaysia continuano la tendenza in corso nell’esplorazione dei modi per migliorare l’uso del calcestruzzo nelle applicazioni di costruzione, rilasciando i loro risultati nel ” Materiale e tecnologia emergenti in cemento naturale rinforzato con fibre naturali per la stampa 3D di calcestruzzo “.

Oggi le stampanti 3D vengono utilizzate nelle costruzioni di tutto il mondo, dalla creazione di case a velocità elevata allo sforzo di creare interi villaggi , sperimentare proprietà autorigeneranti nei materiali per prestazioni migliori e molto altro. In quest’ultima ricerca, gli autori esaminano le tendenze e l’uso attuali del cemento e dei compositi.

Sottolineando che la costruzione in Malesia ha raggiunto un rallentamento a causa della convenienza, della mancanza di materiali e dei costi di trasporto, diventa chiaro il motivo per cui i ricercatori sono motivati ​​a esplorare ulteriormente i vantaggi della stampa 3D e dei processi di produzione additiva. Ciò rende la costruzione di case ‘proibitiva’ e certamente non consente ai giovani di acquistare le prime case come potrebbero fare in altri paesi come una pietra miliare tipica.

Per superare questi problemi in Malesia, così come in altri paesi, i ricercatori hanno continuato ad approfondire la produzione additiva e la raffinazione dei materiali cementizi per migliorare l’estrusione e le proprietà richieste. Riferendosi ad aziende come WinSun , gli autori sottolineano che hanno avuto successo in tutto il mondo nella stampa 3D, così come Apis Cor . Attualmente i processi AM su larga scala più comuni con cemento includono gru, sistemi a portale e grandi bracci robotici.

Mentre le armi robotiche possono essere preferite per le prestazioni, la convenienza gioca un ruolo:
“Poiché il costo di un braccio robotico è costoso, l’utilizzo di macchine a portale o gru è considerato una tecnologia efficiente per lo sviluppo della tecnologia di stampa concreta”, spiegano gli autori.

Per l’ulteriore sviluppo della stampa 3D per l’edilizia, nell’hardware devono essere soddisfatti i seguenti requisiti:

Meccanismo per serbatoio di calcestruzzo e pompaggio
Ugello per la stampa
Controllo del movimento
Ricercatori precedenti come Lim. S ha aggiunto che per la stampa 3D con cemento, il processo di preparazione è simile a qualsiasi altro nella stampa 3D, anche se ci sono passaggi necessari nella post-elaborazione per raggiungere livelli adeguati di ottimizzazione.

“La capacità di ridurre i tempi di costruzione dipende dalla complessità della struttura di progettazione in cui la maggiore complessità della struttura fornirà più possibilità per ridurre al minimo i tempi di stampa. L’elemento di stampa viene modellato come modello CAD 3D e quindi convertito nel formato file STL. Il percorso di stampa e il file GCode generati per la stampa di ogni livello [18]. Il processo di stampa della struttura in cemento è stato spiegato da Mehmet e Izabela nel loro documento sotto forma di un diagramma del flusso di lavoro come in Figura 3 e si può vedere che il processo di stampa è lo stesso [18 e 19] “, hanno affermato gli autori.

Esistono molti tipi di cemento utilizzati nell’industria delle costruzioni e una varietà di miscele; tuttavia, il cemento Portland è un pilastro, fatto di minerali idratanti.

L’estrudibilità è il vero punto cruciale della stampa 3D, permettendo al materiale di fluire, ottenendo i disegni e le strutture desiderati. La corretta progettazione degli ugelli è della massima importanza per le prestazioni, sia che si tratti di circolare, ellisse, quadrata o rettangolare.

“Come attività di libertà di stampa, comunemente l’ugello circolare avrà più libertà nello svolgere attività di stampa senza preoccuparsi di regolare l’angolo di stampa per la continuità della forma ai vertici o i cambiamenti del bordo dell’elemento stampato”, hanno affermato gli autori. “Tuttavia, uno studio condotto da Kwon [28] afferma che la finitura superficiale creata con un orifizio quadrato è migliore rispetto a un orifizio di ellisse e la sua affermazione supportata da Anell [29].”

Le fibre naturali vengono utilizzate per sostenere i materiali cementizi, formando composti destinati a migliorare proprietà e prestazioni. Tali miglioramenti sono utilizzati in molti settori, dall’industria automobilistica al confezionamento, ma nelle costruzioni, consentono rinforzi, migliore sostenibilità e risparmi sui profitti.

Anche il contenuto di umidità può essere un problema, come discusso nelle recensioni di Geetanjali Das [6], A. Al-Maharma [7] e T. Alomayri [8], sottolineando che potrebbero esserci risultati negativi come il cracking e la scarsa temperatura stabilità.
Gli studi condotti da Mansur e Aziz [34] hanno dimostrato che le fibre di iuta possono essere efficaci, proprio come Savastano ha dimostrato che “la lavorabilità dei compositi cementizi rinforzati è stata ridotta dalla combinazione di polpa di eucalipto, cocco o eucalipto con fibre di sisal”.

“Il principale fattore che influenza la perdita di lavorabilità nelle miscele di cemento rinforzato con fibre naturali è il rapporto aspetto fibra e la frazione di volume nelle miscele. Il pretrattamento delle fibre può agire come rimedio per ridurre gli elementi di fibre chimiche che assorbono l’acqua. In alternativa, la fibra naturale lavorabile con miscele di cemento migliorate potrebbe essere prodotta valutando le caratteristiche di assorbimento d’acqua delle fibre nella progettazione della miscela ”, hanno concluso gli autori.

“L’uso della stampa 3D fornisce l’accesso a geometrie complesse e offre quindi la possibilità di stampare strutture gerarchiche con la capacità di fornire strutture robuste ed efficienti in termini di materiali per gli edifici futuri. L’uso della fibra naturale può forse migliorare la resistenza delle proprietà meccaniche della struttura in calcestruzzo a causa della pressione esercitata durante le attività di stampa. Quindi, il tipo di calcestruzzo verde sarà prodotto utilizzando fibre naturali come rinforzo, che è più economico e può essere riciclato. ”

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