Исследователи из Мельбурнского королевского технологического университета (Мельбурн, Австралия) провели эксперименты с целью создания особых шаблонов 3D-печати, взяв за основу прочные раковины омаров. Такая биомимикрия в этих спиральных шаблонах не только улучшила общую долговечность бетона для 3D-печати, но и обеспечила опору конструкции там, где это необходимо.
Используя спиральные шаблоны и специальную бетонную смесь, армированную стальными волокнами, исследователи с инженерного факультета Мельбурнского королевского технологического университета обнаружили, что полученный материал оказался прочнее традиционного бетона. Они изучили влияние различных шаблонов печати на прочность бетона, армированного стальными волокнами, и опубликовали результаты своего исследования в журнале 3D Printing and Additive Manufacturing.
По словам руководителя исследовательской группы Джонатана Трана, 3D-печать и аддитивное производство открыли двери для эффективности и творчества в строительной отрасли.
"Технология 3D-печати бетоном обладает серьезным потенциалом произвести революцию в строительной отрасли, а наша цель — приблизить это событие", — говорит Тран, старший преподаватель по структурированным материалам и проектированию в Мельбурнском королевском технологическом университете. "В нашем исследовании рассматривается влияние различных шаблонов 3D-печати на структурную целостность бетона и впервые показаны преимущества биомимикрии в 3D-печати бетоном. Мы знаем, что натуральные материалы, такие как наружные скелеты омаров, развивались миллионы лет прежде, чем обрести свои выдающиеся свойства, поэтому, взяв за основу их основные преимущества, мы можем повторить то, что уже создала природа".
В предыдущем исследовании команда Мельбурнского королевского технологического университета выяснила, что при включении 1-2% стальных волокон в бетонную смесь дефекты и пористость снижаются, а прочность соответственно повышается. Эти волокна также способствуют ускорению затвердевания бетона без деформации, что позволяет строить более высокие сооружения.
Команда провела испытания на поведение бетона для 3D-печати в спиральных шаблонах, за основу которых была взята внутренняя структура раковин омаров, а также в диагонально армированных, квазиизотропных и стандартных однонаправленных шаблонах. Результаты показали повышение прочности при использовании каждого из этих шаблонов по сравнению с однонаправленной печатью, однако наиболее многообещающими оказались спиральные шаблоны.
"Поскольку раковины омаров прочные и имеют естественные изгибы, мы знаем, что это поможет нам в создании более прочных конструкций из бетона, например, арок, волнистых или скрученных форм", — говорит Тран. "Наша работа находится на ранней стадии, поэтому нам понадобятся еще исследования, чтобы узнать, какие характеристики проявляет бетон при разных параметрах, однако уже сейчас результаты первичных экспериментов показывают, что мы на правильном пути".
Дальнейшие исследования 3D-печати бетоном будут проводиться на новом крупногабаритном передвижном 3D-принтере, недавно приобретенном Мельбурнским королевским технологическим университетом, что делает его первым учреждением в южном полушарии, использующим такого рода оборудование. Роботизированный принтер размером 5×5 м будет использоваться командой Мельбурнского королевского технологического университета для исследования 3D-печати домов, зданий и крупных элементов конструкций, а также для изучения потенциала бетона для 3D-печати, полученного из переработанных отходов, например, мягкой пластмассы.
Источник: Мельбурнский королевский технологический университет
