科学者たちは3Dプリントしたコンクリートを強化することに成功した

印刷中にポリマーグリッドを埋め込むことにより、3D プリントされたコンクリートは、破損する前に 41% 大きな荷重に耐え、さらに 552% 曲げられる材料に変わりました。この変化により、技術は脆い実証用の部品から、ばらばらにならずに応力を吸収できる構造要素へと移行します。印刷時の強度 生コンクリートの下では、印刷後、柔軟なメッシュが上部に置かれるのではなく、隣接する層の間に収まりました。南オーストラリア大学の改造されたプリンターの内部 (UniSA) チームは印刷経路の一部を補強しました。コンクリート ノズルのすぐ後ろにある 2 番目のノズルにメッシュを送り込むことで、機械は層の重量でメッシュを所定の位置に押し込みました。補強材を所定の位置に印刷すると、より強いプレートでも縫い目が弱い可能性があるため、より困難なトレードオフが生じます。プリントコンクリートが失敗する理由非強化プリント コンクリート 層状構造のため、亀裂が開くと突然壊れます。通常のコンクリートではスチールを使用すればこの問題を解決できますが、鉄筋は移動する印刷ジョブ内では扱いにくく、後で腐食を引き起こす可能性があります。繊維で強化されたプラスチック複合材料である柔軟な繊維強化ポリマーは、錆びを防ぎ、印刷装置内をより簡単に移動できます。これらの利点があるにもかかわらず、信頼性の高い補強は、プリント コンクリートで誰もきれいに解決できなかった部分のままです。コンクリート混合物の調整1 つのミックスを下から上に印刷する代わりに、機能的にグレード分けされたプレートが使用されます。 コンクリート、さまざまなジョブのさまざまなミックスから構築されたレイヤー。繊維が豊富な混合物が、曲げによる引っ張りが最も強くなる下層を形成し、その上に低炭素スラグベースの混合物を配置して排出量を削減しました。同じグループによる以前のテストでは、層を調整することで、曲げ性能を犠牲にすることなく炭素排出量を削減できることが示されました。この設計では、周囲のコンクリートがすでに適切な役割を果たしていたため、より強力な補強がより重要でした。手動から自動へ以前の作業 ポリマーグリッド は、プリントされたコンクリート板が曲げられるとさらに丈夫になる可能性があることをすでに示していました。しかし、手動配置では完全に自動化されたビルドの約束が破られ、プロセスが停止せざるを得なくなりました。すべてのストリップを挿入するために作業員が停止しなければならない場合、建設速度が低下するため、機械自体でグリッドを印刷することが重要でした。自動化によってレイヤー内に新たな損傷が生じるため、このギャップを埋めるには代償が伴いました。プレートが何をしたのか曲げが始まると、亀裂が入った後、強化プレートがどのくらいの時間荷重を支え続けるかに違いが現れました。最良のレイアウトのうち 2 つは、1 つが半分のグリッドしか搭載していない場合でも、故障間近でほぼ同じパフォーマンスに達しました。いくつかの強化試験片は、最初の亀裂が開いた後もすぐに脱落するのではなく、抵抗を増やし続けました。普通のプレートは警告なしに折れましたが、強化されたプレートは時間を稼いだので、構造上の安全性が必要です。層が弱くなった場所グリッドにより、実際に新鮮なミックスが接触する量が減少したため、ある印刷層が次の層と接触する部分で問題が発生しました。分割テストでは、グリッドのある継ぎ目は、混合物全体で引き離し強度が 43.6%、33.1%、35.5% 低下しました。また、異なる層間の遅れにより表面が乾燥し、接着の遅れから生じるコールドジョイント、つまり弱い継ぎ目が生じました。隣接する層が剥がれずに保持される場合にのみ、補強材が応力を適切に分散できるため、層間のグリップが重要になります。毛穴が亀裂を誘導した印刷層をスキャンすると、グリッドが入った後、材料内部の空隙の量である多孔性が増加していることがわかりました。強化されたサンプルには、0.04 インチより大きい細孔がさらに多く含まれており、それらの空隙は印刷方向に沿って伸びていました。ギャップが大きいと亀裂が上方および横方向にそらされ、これは強化層の継ぎ目に見られるより粗い破壊経路を説明するのに役立ちます。これらの弱いゾーンが整列すると、障害はダメージをより均等に分散させるのではなく、それらを通過する最も簡単なルートをたどります。債券スリップによる失敗の判定引き抜きテストでは、グリッドがコンクリートをしっかりと掴んだものの、接着力はそれほど高くなく、ストランドが滑り始めたことが示されました。テストしたコンクリートの中で、繊維が豊富な混合物が最もよく保持されましたが、ブレンドされた低炭素混合物は鉄筋がより早く滑り始めました。格子とコンクリートの結合部での滑りは、応力が多くの小さな亀裂を引き起こすほど遠くまで伝わらなくなったため、変形が 1 つの主な亀裂に集中しました。幅広のストリップは予想外に良好なパフォーマンスを示しました。これは、将来のデザインが単に材料を追加するよりも、よりスマートな形状から多くの利益を得られる可能性があることを示唆しています。なぜアイデアが重要なのか補強材がプリント自体に結合するため、この方法は、より少ない停止とより少ない労力で部品を構築できるようになります。あ UniSAプロジェクト オーストラリア研究評議会の助成金 402,221 ドルによって支援されており、当初から強化を図ることが目的でした。「これは、コンクリートと同時に繊維強化ポリマーを印刷できるかどうかを確認する世界初の研究プロジェクトです」とUniSAの構造エンジニア、Yan Zhuge教授は述べた。新しい論文はその使命を完了したわけではありませんが、アイデアがスケッチではなくハードウェアで機能するようになったことが示されています。次に何が起こるか印刷中にコンクリートを補強することは実用的になり、曲げ耐性における見返りは明らかです。建設業者がより大きな構造物を信頼できるようになる前に、研究者は層間のより強固な接着と、層間を通過するだけでなく層を横断する補強を依然として必要としています。この研究は、 自然。—–Eric Ralls と Earth.com が提供する無料アプリ、EarthSnap で私たちをチェックしてください。—–…