Capsule stampate in 3D per applicazioni in calcestruzzo autoriparanti

Materiali intelligenti: stampa 3D di capsule autopulenti per calcestruzzo

In ” capsule stampate in 3D per applicazioni concrete autoguarenti “, i ricercatori stanno esplorando ulteriormente il mondo dei materiali autoriparanti, con la creazione di macro-capsule che possono essere riempite con una varietà di agenti diversi per riparare difetti come il cracking nel calcestruzzo . Per questo studio, hanno stampato capsule tubolari 3D e poi le hanno riempite con due diversi tipi di prodotti chimici: resina poliuretanica o silicato di sodio liquido.

L’approccio mostra una promessa e ha senso. Le capsule (micro o macro) si rompono al contatto con un difetto e poi riparano. La ricerca precedente ha esaminato le tecniche di incapsulamento e alcune hanno avuto successo.

Per questo studio è stata utilizzata una stampante 3D Hephestos Prusa I3 , installata con un ugello di diametro 0,40 mm. Il team ha provato quattro diversi materiali:

PLA
ANIMALE DOMESTICO
PET-G
PMMA
I ricercatori hanno valutato se le capsule del campione fossero a tenuta stagna, in quanto si trattava di un argomento di “importanza capitale” per le efficaci capsule autorigeneranti. Hanno provato a riempire le capsule con acqua, e poi hanno offerto numerose varianti, come ad esempio rivestite, non rivestite, senza estremità sigillate, e altro ancora.

Capsule del modello 1: a) stampa della prima capsula e del suo guscio; b) la stampa viene interrotta, la capsula viene riempita e quindi riprende la stampa per realizzare la chiusura di tenuta; c) capsule stampate in 3D, riempite e con entrambe le estremità sigillate (da sinistra a destra PMMA, PET, PLA, PETG); d) applicazione del rivestimento ed e) capsula viene fatta rotolare nella sabbia per migliorare il loro legame con la matrice cementizia.

Tasso di permeazione dell’acqua delle capsule del modello 1, con o senza rivestimento

“Tranne nel caso del PLA, l’applicazione del rivestimento esterno ha comportato una riduzione complessiva del tasso di assorbimento dell’acqua e una maggiore ripetibilità dei risultati, come nel caso del PET e PETG, dove i risultati erano significativamente diversi e molto probabilmente governato dalla stampa e difetti di adesione strato “, ha dichiarato i ricercatori.

Il team ha quindi iniziato a studiare la reazione delle capsule a un “ambiente cementizio duro”. Con le capsule del Modello 1, il silicato di sodio era ancora utilizzabile per l’auto-guarigione. Le capsule del modello 2 sono state testate mentre il team ha valutato la perdita di acqua nel tempo, che era visibile.

“Entrambi i modelli, una volta riempiti con agenti di guarigione adatti alle loro caratteristiche, hanno mostrato risultati soddisfacenti in termini di recupero meccanico e diffusione dell’agente di guarigione sulle facce delle crepe”, hanno concluso i ricercatori. “Quest’ultima caratteristica suggerisce una buona capacità autosigillante, che è molto importante per prevenire l’ingresso di sostanze nocive all’interno della matrice fratturata. Questo aspetto sarà ulteriormente studiato attraverso test volti a valutare caratteristiche autosigillanti e di resistenza, come la permeabilità all’acqua e test di assorbimento.

“Questi risultati positivi mostrano un buon potenziale del sistema basato su capsule proposto per applicazioni strutturali. Questo lavoro è servito come prova del concetto dell’uso di Additive Manufacturing per produrre sistemi incapsulati auto-curativi, utilizzando semplici capsule tubolari per il confronto di sistemi ampiamente studiati. Ulteriori miglioramenti possono essere previsti attraverso l’ottimizzazione della forma della capsula, per la quale la tecnologia di stampa 3D offre possibilità di sartoria praticamente illimitate. “

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