Un nuovo cemento a base di argilla calcinata per la stampa 3D per estrusione dalla Delft University

I RICERCATORI DI DELFT FORMULANO UN NUOVO CEMENTO A BASE DI ARGILLA CALCINATA PER LA STAMPA 3D

Un team di ricercatori della Delft University of Technology ha formulato un nuovo cemento a base di argilla calcinata per la stampa 3D per estrusione. Rispetto al cemento tradizionale, la nuova ceramica ha una maggiore consistenza del flusso, una migliore costruibilità e proprietà di idratazione migliorate, tutti elementi cruciali per l’estrusione di precisione.

La stampa 3D con il calcestruzzo è una delle aree più di nicchia della produzione additiva, ma ha sicuramente i suoi vantaggi rispetto alle casseforme tradizionali. La necessità di costruire effettivamente la cassaforma è completamente eliminata e le geometrie architettoniche complesse apparentemente impossibili sono più facili che mai. Le stampanti 3D concrete ottimizzano anche in gran parte l’uso dei materiali, tagliando i costi e riducendo gli sprechi nel processo.

A parte la stampante, il cemento utilizzato per costruire la struttura è probabilmente il fattore più cruciale che influenza la sua qualità. Le miscele stampabili in 3D devono mostrare una scorrevolezza costante e una bassa viscosità, il che significa che dovrebbero estrudersi a una velocità costante e rimanere in posizione una volta fissate. A volte, le miscele di cemento di qualità inferiore si “incurvano” non appena vengono sovrapposti ulteriori strati, perdendo la stabilità della forma e la conseguente precisione dimensionale.

Cemento a base di argilla calcinata

Nel tentativo di formulare una miscela di cemento con proprietà meccaniche e di stampabilità superiori, i ricercatori hanno esaminato l’argilla calcinata – argilla che è stata fatta saltare in una fornace a 850 ° C per un periodo di tempo prolungato. È noto per la sua eccellente resistenza alla compressione e per l’efficienza dei costi, che lo rendono un’alternativa molto interessante al calcestruzzo standard.

Lo studio ha comportato la sperimentazione di due diversi gradi di argilla calcinata, di alta qualità ( contenuto di metacaolino del 95% ) e di bassa qualità (contenuto di metacaolino del 50%). I due gradi sono stati miscelati con cemento Portland in proporzioni variabili e stampati utilizzando un’estrusione personalizzata impostata in un laboratorio universitario. L’allestimento comprendeva una pompa di trasporto collegata a un tubo del materiale e un ugello su un grande tavolo CNC.


È interessante notare che il team ha scoperto che aumentare il contenuto di alta qualità da 0% in peso a 50% in peso ha massimizzato la consistenza del flusso aumentando la stabilità dimensionale della miscela. Questo miglioramento della costruibilità è stato attribuito alla riduzione della distanza interparticellare media come risultato del più alto contenuto di argilla calcinata. Tuttavia, ciò ha comportato i suoi costi, poiché è stato riscontrato che il campione stampato aveva una resistenza alla compressione più debole dopo un periodo di sette giorni. I ricercatori ora credono di poter mettere a punto la formula per massimizzare la stampabilità senza sacrificare la forza.

Il test di stampa del cemento argilloso calcinato. Foto tramite TU Delft.
Il test di stampa del cemento argilloso calcinato. Foto tramite TU Delft.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Effetto di diversi livelli di argille calcinate sulle proprietà fresche e indurite dei materiali cementizi miscelati ternari per la stampa 3D ” È co-autore di Yu Chen, Claudia Romero Rodriguez, Zhenming Li, Boyu Chen, Oğuzhan Çopuroğlu ed Erik Schlangen.

La stampa 3D del calcestruzzo è un argomento molto ricercato nella comunità accademica. Gli scienziati della Nanyang Technological University hanno recentemente sviluppato una piattaforma industriale a robot singolo specifica per la stampa 3D del calcestruzzo. Il braccio robotico a 6 assi è in grado di stampare strutture monoblocco di varie dimensioni ed è destinato in definitiva ad accelerare il campo nel suo complesso.

Non è nemmeno solo il mondo accademico, poiché la società di costruzioni ICON con sede in Texas ha recentemente collaborato con l’ unità di innovazione della difesa sostenuta dal governo degli Stati Uniti per stampare strutture in cemento armato presso la base marina di Camp Pendleton . Il duo ha inizialmente addestrato un equipaggio di otto marines a utilizzare le stampanti 3D concrete di ICON, che sono riuscite a stampare un’intera struttura di pelle del veicolo in sole 36 ore.

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