Miglioramento dell’adesione degli strati intermedi per la stampa di costruzioni 3D
L’adesione tra gli strati intermedi è un problema comune che gli utenti spesso combattono nella stampa 3D, ei ricercatori della Swinburne University of Technology Taylor Marchment, Jay Sanjayan e Ming Xia affrontano ulteriormente l’argomento nel ” Metodo per migliorare la forza dei legami degli strati intermedi nella stampa 3D in scala edile con calcestruzzo efficace amplificazione dell’area di legame . ‘
Poiché la stampa 3D crea oggetti, le parti di livello per strato falliscono nel punto più debole: là dove si uniscono gli strati. Le parti stampate in 3D sotto sforzo tenderanno a separarsi in questi punti. Qualsiasi miglioramento del legame tra strati sarà un miglioramento della resistenza della parte.
Gli autori sottolineano che la stampa 3D è ancora relativamente nuova in termini di sviluppo – e in particolare di stampa 3D di strutture (3DCP) con numerose sfide da affrontare, e in particolare nell’estrusione di materiali cementizi. Questo tipo di debolezza è attribuita ai vuoti localizzati all’interno della miscela creata tra il momento in cui i livelli vengono depositati dalla stampante 3D. L’obiettivo del team di ricerca era di trovare un modo per rafforzare i legami interstrati con una pasta cementizia.
La mancanza di rinforzo per fornire resistenza alla trazione e debolezza dovuta all’applicazione di strati sono le sfide principali nella stampa di strutture durevoli in 3D.
“3DCP comporta molti nuovi vincoli e fattori che possono creare un debole legame interfacciale o spesso definito” giunto freddo “a causa della mancanza di mescolanza tra strati”, affermano i ricercatori. “Prevalentemente fattori di influenza importanti sono la rigidità / secchezza dello strato depositato e il divario temporale tra le successive deposizioni di strati.”
La resistenza dello strato intermedio può deteriorarsi fino al 50% a causa dell’asciugatura durante il processo:
“Poiché i requisiti di cambiamento di fase del calcestruzzo stampato in 3D sono ceduti per modellare la ritenzione e il caricamento sequenziale di nuovi strati, la qualità della resistenza interstrata diventa un atto di bilanciamento del tasso di essiccazione”.
L’adesione può avvenire in legami meccanici o chimici, sia in relazione agli attributi dello strato fisico che all’idratazione e al legame di particelle di cemento, rispettivamente. I fattori meccanici che causano vuoti sono dovuti alla rugosità superficiale e alla rigidità degli strati. Nello studio di ricerca, il team ha utilizzato uno scanner piano per esaminare ulteriormente i livelli.
Poiché l’essiccazione è un problema di questo tipo, il team di ricerca si è reso conto che avrebbe dovuto diminuire la struttura del vuoto o aumentare l’area di contatto, con la speranza che migliori livelli di umidità avrebbero incoraggiato una migliore adesione. Le tecniche di analisi precedenti non solo hanno richiesto molto tempo ma hanno anche dimostrato di danneggiare i campioni e talvolta anche di generare “risultati fuorvianti”. I ricercatori hanno deciso di utilizzare scanner piani per esaminare i problemi in un metodo meno invasivo ma anche economico e veloce.
Nel tentativo di creare un collante per una maggiore adesione, il team di ricerca ha utilizzato quattro miscele di pasta basate su OPC, con un rapporto acqua / legante di 0,36, utilizzato tra gli strati.
“Le miscele di pasta sono state sviluppate per aumentare principalmente l’area di legame efficace, con un’interfaccia più malleabile rispetto alla convenzionale costruzione strato per strato”, hanno affermato i ricercatori. “In questo studio sono stati utilizzati tre additivi tra cui ritardante, agente che modifica la viscosità e agente di ritenzione cronica”.
Una stampante 3D personalizzata, sviluppata con un estrusore a pistone, è stata utilizzata nella ricerca, con un intervallo temporale di 15 minuti tra ogni strato. I campioni sono stati lasciati polimerizzare a temperatura ambiente per sette giorni e tagliati in blocchi da 50 mm (L) × 30 mm (L) × 30 mm (H) per il test. L’adesione dei legami è stata testata usando morsetti con due connessioni pin caricate centralmente.
La pasta stampata in 3D ha dimostrato di avere la massima resistenza al flusso e la più bassa resistenza alla compressione media, a 34 MPa.
“L’analisi viene effettuata sulla base del fatto che i punti di forza compressivi e di trazione sono fortemente correlati”, affermano i ricercatori. “Il mix di stampa 3D avrà una capacità di legame interstrato intrinsecamente inferiore, quindi, campioni fabbricati senza incollare applicati all’intercalare, dobbiamo considerare questa differenza e l’area di contatto.”
I ricercatori notano “frattura uniforme” nell’intercalare per tutti i campioni, insieme a fratture tra lo strato di sovrapposizione e incolla. Notano anche che le fratture si sono verificate sulle aree esposte all’essiccazione più superficiale. I dati hanno anche mostrato che la resistenza dello strato intermedio aumentava con lo strato di pasta:
“L’aggiunta di paste contenenti additivi mostra un aumento della forza interstrato del 26% a un 59%. L’aumento maggiore è stato osservato con l’aggiunta di superfluidificante. Questi risultati replicano tendenze simili osservate nei test di fluidità e resistenza alla compressione. “
I ricercatori hanno preso in considerazione il concetto – e la forza – del mattone e del mortaio mentre sfioravano una varietà di paste di cemento tra gli strati con differenti combinazioni di colori per facilitare l’analisi delle immagini. Alla fine, hanno realizzato quanto segue:
L’utilizzo della pasta con caratteristiche di flusso più elevate e sostenute aumenta la resistenza degli strati durante la stampa 3D.
Risultati più affidabili e coerenti erano disponibili in analisi a causa dell’aggiunta di colore negli strati.
L’area di legame efficace e la forza di interstrato sono strettamente correlate.
“In primo luogo, l’ipotesi era che la maggiore fluidità delle miscele di pasta consentisse una maggiore superficie superficiale, creando a sua volta un’area di legame più efficace”, hanno concluso i ricercatori. “Tuttavia, attraverso questo studio vengono prodotte ulteriori prove per suggerire che non è solo la fluidità / malleabilità della pasta che è critica, ma anche la ritenzione di umidità superficiale è un altro fattore critico. Gli effetti di questo possono essere la mancanza di umidità che diminuisce il grado di idratazione e abbassamento della forza. “
