3 мин. чтения
6/7/2023 9:00:00 AM

Оценка качества напечатанного на 3D принтере бетона с помощью лазера

Featured Image Команда Мойни стремится лучше понять сильные и слабые стороны печатных цементов. Предоставлено: Принстонский университет

Инженеры из Принстонского университета используют лазеры, чтобы точно оценить главный недостаток цемента, напечатанного на 3D-принтере, — устойчивость материала к разрушению. Исследователи надеются, что прогресс в этой области может привести к более широкому использованию аддитивного производства в конструкциях на основе цемента. Долгосрочная цель состоит в том, чтобы разрабатывать более совершенные материалы с использованием аддитивных методов.

Цемент является основным ингредиентом бетона, который составляет большую часть современного строительства, включая здания, дороги, взлетно-посадочные полосы, мосты и плотины. В последние годы, когда 3D-печать продемонстрировала преимущества в эффективности и универсальности, растет интерес к применению этой технологии в строительстве.

Но по сравнению с обычным бетоном, альтернативы, напечатанные на 3D-принтере, могут быть подвержены растрескиванию, особенно в областях между различными слоями бетона. Исследователи связывают это с неоднородными микроструктурами, введенными процессом наслоения, используемым в 3D-печати. Исследователи из Принстона использовали новый тест, чтобы лучше понять это растрескивание на микроскопическом уровне. Их результаты показывают, что, правильно используя свойства трещин, бетон, напечатанный на 3D-принтере, может быть таким же прочным или даже более прочным, чем обычный бетон.

В исследовании, опубликованном в журнале Cement and Concrete Composites, исследователи из Принстона демонстрируют новый метод тестирования, который использует лазеры для вырезания точно расположенных канавок в цементах, напечатанных на 3D-принтере. Контролируя мощность и скорость лазера, исследователи могут контролировать критические особенности, такие как глубина и форма канавок. Этот контроль позволяет проводить гораздо более точные испытания, чем обычные методы.

«Теперь мы можем получить более полное представление о свойствах разрушения 3D-печатных материалов на основе цемента при различных способах разрушения, что важно для в конечном итоге расширения этой технологии», — сказал Реза Мойни, доцент кафедры гражданской и экологической инженерии в Принстоне и старший автор исследования. «Появляются новые возможности для создания более прочных и прочных материалов, используя архитектуру дизайна материалов и свободу изготовления, которая приходит с аддитивными технологиями».

Image 1

В отличие от литого бетона, который заливается в форму и затвердевает, бетон, напечатанный на 3D-принтере, подразумевает использования сопла, которое выдавливает цементную пасту по одной пряди за раз. Сопло движется вперед и назад, наращивая бетонную прядь за прядью и, в конечном итоге, слой за слоем.

Одна из проблем заключается в том, что во время экструзии вокруг каждой напечатанной нити образуется тонкая водная пленка, увеличивающая текучесть материала. Эти насыщенные водой пленки могут привести к значительным внутренним дефектам и неоднородностям между нитями материала, напечатанного на 3D-принтере.

Первоначально исследовательская группа изготовила и отверждала образцы для тестирования с использованием специального 3D-принтера, который экструдировал цементную пасту. Традиционное тестирование обычно включает в себя вырезание насечек в материале, часто с помощью циркулярных пил.

Вместо того, чтобы использовать физический инструмент, такой как пила, для резки насечек, Мойни и его коллеги решили использовать лабораторный лазер. Их подход сокращает тестовые выемки прямо там, где это необходимо, например, на границе раздела между печатными слоями.

Image 2

«Преимущество этого теста для хрупких материалов, напечатанных на 3D-принтере, заключается в том, что, используя одну и ту же геометрию образца, можно определить устойчивость к растрескиванию при растяжении, сдвиге или любой их комбинации», — сказал Мойни.

Оригинал статьи: Shashank Gupta et al, Fracture and transport analysis of heterogeneous 3D-Printed lamellar cementitious materials, Cement and Concrete Composites (2023).

DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2023.105034 🔗

Получи бесплатную еженедельную рассылку со ссылками на репозитории и лонгриды самых интересных историй о стартапах 🚀, AI технологиях 👩‍💻 и программировании 💻!
Присоединяйся к тысячам читателей для получения одного еженедельного письма

Подписывайся на нас:

Нашли ошибку в тексте? Напишите нам.

Добавляй ЛРНЧ в свою ленту Google Новостей.
Читайте далее 📖

Переход к генерации энергии из водорода с помощью панелей на крышах

7/5/2023 · 3 мин. чтения

Переход к генерации энергии из водорода с помощью панелей на крышах

Умные окна переопределяют контроль инфракрасного излучения в зданиях

7/1/2023 · 3 мин. чтения

Умные окна переопределяют контроль инфракрасного излучения в зданиях