Pasta di cemento stampata in 3D che diventa più forte sotto pressione

La pasta di cemento stampata in 3D ispirata dallo scarabeo diventa più forte quando si rompe

I ricercatori della Purdue University degli Stati Uniti hanno una pasta di cemento stampata in 3D , un ingrediente del calcestruzzo e della malta usati per costruire vari elementi dell’infrastruttura, che diventa più forte sotto pressione. I ricercatori sostengono che la tecnica potrebbe contribuire alla costruzione di strutture resilienti, in grado di resistere agli impatti negativi di disastri naturali come terremoti e incendi.

“La natura deve fare i conti con le debolezze per sopravvivere, quindi stiamo usando le debolezze” built-in “dei materiali a base cementizia per aumentare la loro durezza”, ha detto Jan Olek, professore della Scuola di ingegneria civile di Purdue.

Si pensa che il lavoro dei ricercatori possa portare alla creazione di più danni e di elementi strutturali tolleranti al difetto come travi o colonne.

La tecnica di stampa 3D si ispira ai gusci degli artropodi per controllare il modo in cui il danno si diffonde tra gli strati stampati di un materiale, come cercare di rompere un mucchio di spaghetti spaghetti crudi anziché un singolo noodle.

“Gli esoscheletri degli artropodi hanno meccanismi di propagazione delle crepe e meccanismi di rafforzamento che possiamo riprodurre in pasta di cemento stampata in 3D”, ha detto Pablo Zavattieri, professore di ingegneria civile Purdue.

I materiali a base di cemento stampati in 3D – come pasta di cemento, malta e cemento – avrebbero dato agli ingegneri un maggiore controllo sul design e sulle prestazioni, ma i tecnicismi hanno impedito di ridimensionarli.

“La stampa 3D ha eliminato la necessità di creare uno stampo per ogni tipo di design, così da poter ottenere queste proprietà uniche dei materiali a base cementizia che prima non erano possibili”, ha affermato Jeffrey Youngblood, professore di ingegneria dei materiali di Purdue.

Il team sta anche utilizzando le scansioni micro-CT per comprendere meglio il comportamento dei materiali cementizi stampati a stampo 3D e sfruttare le loro caratteristiche deboli, come le regioni dei pori che si trovano nelle “interfacce” tra gli strati stampati, che promuovono il cracking.

Questo risultato è stato recentemente presentato al 1 ° Congresso internazionale RILEM su calcestruzzo e fabbricazione digitale.

Alcuni degli elementi di pasta di cemento bioinspirati stampati in 3D dal gruppo includevano le cosiddette architetture “a nido d’ape”, “compliant” e “Bouligand”, che permettevano loro di progettare proprietà specifiche una volta indurite. L’architettura di Bouligand, ad esempio, sfrutta interfacce deboli per rendere un materiale più resistente alle crepe, mentre l’architettura conforme rende gli elementi a base di cemento come una molla, anche se sono fatti di materiale fragile.

Il team ora intende esplorare altri modi in cui gli elementi basati sul cemento potrebbero essere progettati per costruire strutture più resilienti.

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