I ricercatori sviluppano e testano una stampante Asphalt 3D per riparare strade
L’asfalto è il materiale più comune utilizzato per le strade , per diversi motivi: crea una superficie sicura e silenziosa per la guida, può essere posato rapidamente e senza macchinari complessi ed è resistente e può essere facilmente riparato. I compositi di asfalto tendono a deteriorarsi nel tempo, tuttavia, formando le temute buche soprattutto a Roma. Le buche spesso iniziano come crepe, che si espandono rapidamente.
Non si può riparare ogni singola fessura che si forma, quindi spesso i danni alle strade sono significativi prima che vengano riparati. Una soluzione è creare droni autonomi o altri veicoli dotati di robot in grado di stampare asfalto 3D. Questi droni possono essere inviati per riparare le crepe nelle fasi iniziali.
In un documento intitolato ” Stampa 3D di asfalto e il suo effetto sulle proprietà meccaniche “, un gruppo di ricercatori sviluppa una stampante 3D asfaltata.
“La principale differenza riscontrata è che l’asfalto si comporta come un liquido non newtoniano quando si muove attraverso l’estrusore”, affermano i ricercatori. Pertanto, la reologia e la pressione in relazione alla temperatura impostata e ad altri parametri operativi hanno mostrato un comportamento altamente non lineare e reso difficile il controllo del processo di estrusione. Questa di ffi coltà è stata superata attraverso un innovativo design dell’estrusore che consente la stampa 3D dell’asfalto a diverse temperature e condizioni di processo. ”
I ricercatori hanno costruito la stampante 3D utilizzando un telaio e un sistema di controllo da una stampante 3D RepRap Mendel 90. Hanno stampato 3D il gruppo ugello di estrusione utilizzando una stampante 3D Form 2. Anche l’alloggiamento del motore passo-passo, il PCB e la clip della porta seriale sono stati stampati in 3D, utilizzando un altro Mendel 90 non modificato. I pellet di asfalto sono stati creati utilizzando un bitume di grado duro, fuso in uno stampo lavorato a bassa temperatura. Diversi oggetti di prova sono stati stampati in 3D a un intervallo di temperatura compreso tra 100 ° e 140 ° C. I ricercatori hanno stampato diverse forme diverse, comprese le barre di prova standard, che sono state sottoposte a test che hanno confrontato la loro forza con il cast di campioni di asfalto.
Le proprietà meccaniche dei campioni di asfalto stampati e colati in 3D erano significativamente differenti. I campioni di fusione hanno mostrato un’anisotropia tra quelli testati con le loro superfici superiore e inferiore sotto compressione.
“Questa anisotropia è probabilmente dovuta alle differenze nelle rugosità superficiali, nella porosità e nel contenuto volatile tra la parte superiore e inferiore del campione”, spiegano i ricercatori. “Non ci sono state differenze nel test dei campioni stampati in 3D dall’alto o dal basso.”
I campioni stampati in 3D hanno mostrato fino a nove volte la duttilità dei campioni di fusione, ma le loro resistenze alla frattura erano simili. L’aumentata duttilità, secondo i ricercatori, è “dovuta a cambiamenti microstrutturali nell’asfalto che provocano incrinature che aumentano la tenacità”.
Secondo i ricercatori, una stampante 3D collegata a un drone potrebbe essere utilizzata non solo per riparare le strade, ma per riparare aree difficili da raggiungere come i tetti. L’uso di macchine autonome potrebbe consentire di riparare piccoli danni prima che si trasformino in danni gravi, risparmiando tempo e denaro alle municipalità ed evitando danni ai veicoli.
“Il prossimo stadio di sviluppo di questa tecnologia consiste nella comprensione degli effetti delle variabili ambientali come la temperatura stradale, la temperatura dell’aria, la chimica locale, l’interfaccia con aggregati e test più completi come il carico ciclico delle strade riparate”, concludono i ricercatori .
Gli autori del documento includono Richard James Jackson, Adam Wojcik e Mark Miodownik.