Naučnici sa Purdue University odnedavno rade na razvoju cementne paste za korišćenje u 3D štampi, ključnog sastojka betona i maltera koji se koristi u izgradnji različitih elemenata infrastrukture i koji postaje čvršći pod pritiskom kao što se to dešava kod ljuštura zglavkara - jastoga i buba. Ova tehnika bi mogla da doprinese boljoj otpornosti konstrukcija ukoliko se dese neke od prirodnih katastrofa.
- Priroda se mora suočiti sa slabostima kako bi preživela, tako da i mi koristimo te „ugrađene" slabosti materijala baziranih na cementu kako bi povećali njihovu otpornost - rekao je Jan Olek, profesor na Lyles School of Civil Engineering u okviru Purdue University.
Ideja bi bila da se koristi dizajn inspirisan ljušturama zglavkara kako bi se kontrolisalo kako se šteta širi između štampanih slojeva materijala.
„Egzoskeletoni zglavkara imaju mehanizme širenja pukotina i mehanizme za učvršćivanje koje možemo reprodukovati u cementnu pastu za 3D štampu", rekao je Pablo Zavattieri, profesor na Purdue University.
Nova 3D tehnika štampe inspirisana škampima (foto: Purdue University Concrete 3D Printing Team/Mohamadreza Moini)
Ovi 3D štampani materijali na bazi cementa, kao što su cementna pasta, malter i beton, bi inženjerima dali više kontrole nad dizajnom i karakteristikama, ali bi tehničke karakteristike bile na putu da skaliraju.
Inženjeri sa Purdue su prvi koji su koristili 3D štampanje za stvaranje bioinspirisanih struktura koristeći cementnu pastu, kako je prikazano u objavljenom radu a biće i u predstojećem izdanju časopisa „Advanced Materials“.
„3D štampanje je uklonilo potrebu za stvaranjem kalupa za svaki tip dizajna, tako da sada možemo postići ove jedinstvene osobine materijala zasnovanih na cementu, što ranije nije bilo moguće", rekao je Jeffrey Youngblood, profesor na Purdue University.
Tim je uz pomoć mikro-CT skenera bolje shvatio ponašanje 3D štampanih stvrdnutih materijala na bazi cementa i shodno tome iskoristio njihove slabosti, kao što su regije pora koje se nalaze na spojevima između štampanih slojeva, u okviru kojih dolazi do pojave pukotina. Ovo je nedavno predstavljeno na konferenciji „1st RILEM International Conference on Concrete and Digital Fabrication“ .
„3D štampani materijali na bazi cementa obezbeđuju kontrolu nad svojom strukturom, što može dovesti do stvaranja većih šteta i manje otpornosti na pucanje kod konstruktivnih elemenata, kao što su grede ili stubovi", rekao je Mohamadreza Reza Moini, doktorand na Purdue.
Tim je prvenstveno bio inspirisan kleštima mantis škampe. Naime, klešta ove škampe imaju osobinu da postaju sve čvršća usled pojave „uvijenih“ pukotina koje doprinose rasipanju energije prilikom jakih udara i sprečavaju da se klešta raspadnu.
3D tehnike štampanja bioinspirisanih elmenata sa cementnom pastom koje je stvorio i izradio tim uključivale su „oblik saća", „kompatibilnu formu" i „Bouligand" dizajn a sve su nazvane „arhitekture".
Svaka od ovih arhitektura je omogućila nove karakteristike 3D-štampanog elementa nakon što je očvrsnut. Bouligandova arhitektura, na primer, koristi slabe spojeve kako bi materijal postao otporniji na pukotine, dok „kompatibilna“ forma čini da elementi bazirani na cementu deluju kao opruge, bez obzira što su napravljeni od krhkih materijala.
Tim planira da istraži i druge načine stvaranja elemenata zasnovanih na cementu, a u cilju izgradnje elastičnijih struktura.
