Stampa 3D con cemento: nuovi materiali a base spray
Lu Bing ha recentemente presentato una tesi, ” Progettazione e lavorazione di miscele di nuovi materiali cementizi a base spray per la stampa 3D “, alla Scuola di ingegneria civile e ambientale dell’Università tecnologica di Nanyang .
Con particolare attenzione alla stampa 3D con calcestruzzo, Lu Bing rileva i “notevoli progressi” compiuti con tali materiali: promozione di una maggiore automazione nell’edilizia, riduzione della necessità di manodopera e miglioramento dell’efficienza rispetto alle tecniche tradizionali. Questo è vero in molte diverse applicazioni che risentono anche degli effetti positivi della stampa 3D, dall’industria medica a quella automobilistica e aerospaziale . L’edilizia ha visto i suoi usi nei ponti e in una varietà di diversi aspetti delle infrastrutture, per non parlare delle case.
Stampa e assemblaggio di un ponte in cemento stampato in 3D (Salet et al.2018): a) stampa dell’unità della struttura; (b) montaggio in loco del ponte. Riprodotto sotto licenza Creative Commons Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/, non sono state apportate modifiche alle cifre)
Lavorare con il cemento nella stampa 3D implica la necessità di ricerca e sviluppo per quanto riguarda materiali e inchiostri, insieme a studi che includano lo studio del rapporto sabbia / legante, l’ottimizzazione della miscela e l’uso di una varietà di materiali.
“La stampa 3D di materiali cementizi potrebbe essere suddivisa in due fasi, vale a dire le fasi di consegna e deposizione (Lu et al. 2019b)”, afferma Bing. “Nella fase di consegna, il materiale cementizio stampabile viene consegnato attraverso il tubo flessibile all’ugello di stampa con la pressione fornita dalla pompa. Nella fase di deposizione, il materiale cementizio stampabile viene depositato in modo strato per strato per costruire la struttura desiderata. Il movimento dell’ugello di stampa è generalmente controllato da un cavalletto o un braccio robotico. “
3DPCM richiede materiali con buona pompabilità e buona costruibilità in termini di stampa. Una buona pompabilità può essere erogata in modo ottimizzato dal tubo flessibile all’ugello, con poche possibilità di intasamento. Una buona costruibilità porta a grandi altezze con una deformazione minima, il che significa che le stampe sono coerenti e stabili.
Durante la consegna, i materiali in calcestruzzo devono presentare una bassa viscosità e anche una bassa sollecitazione dinamica per la pompabilità. Durante la stampa, il materiale dovrebbe offrire elevate sollecitazioni di snervamento statico.
Il flusso instabile o incoerente può portare a gravi problemi come strappi o dimensioni variabili negli strati. Con una pompabilità inferiore, tuttavia, si ottengono scarse prestazioni strutturali e, con scarsa costruibilità, le strutture potrebbero crollare.
I rinforzi devono essere aggiunti separatamente dalla stampa o posizionati contemporaneamente durante la fabbricazione.
Difetti dovuti a scarsa pompabilità
I materiali spruzzabili vengono pompati attraverso un tubo e quindi spruzzati sul substrato dopo essere stati iniettati con aria. Per una maggiore robustezza, di solito viene utilizzata una miscela bagnata, versando acqua sull’ugello durante la miscelazione a secco.
“… in questo studio è stata garantita un’adesione sufficiente del materiale al substrato negli esperimenti. Tuttavia, la mancanza di adesione del materiale al substrato può portare alla caduta di materiali spruzzati di grande spessore, che possono influire sulla distribuzione del materiale. D’altra parte, mentre non esiste uno studio pertinente sul meccanismo di caricamento della stampa aerea a spruzzo, si sospetta che la competizione tra gravità, coesione tra ogni strato e adesione al substrato svolga un ruolo importante nella deposizione “, hanno concluso i ricercatori .
“Anche i substrati realizzati con materiali diversi possono influire sull’adesione. In questa tesi, le lastre di legno sono state utilizzate come substrati. Per applicazioni più generiche, altri materiali come acciaio e cemento indurito possono essere applicati nel futuro studio. Il test di aderenza può essere adottato per valutare l’adesione, in cui piastre sottili in materiali di supporto possono essere incollate alle due piastre di prova parallele. In alternativa, è possibile eseguire la stampa 3D a spruzzo ambientale per diversi substrati con la stessa miscela. Attraverso il confronto degli strati massimi spruzzati e le modalità di fallimento, è possibile valutare anche l’adesione tra miscela e substrati diversi. “