Исследовательская группа под руководством инженеров Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии первой изучила, как новый материал на растительной основе — нанофибриллы целлюлозы (CNF) — может усилить преимущества технологии 3D-печати бетона. «Улучшения, которые мы увидели как в плане пригодности для печати, так и в плане механических показателей, свидетельствуют о том, что включение целлюлозных нанофибрилл в коммерческие печатные материалы может привести к более надежным и экологичным методам строительства скорее раньше, чем позже», — отметил Осман Э. Озбулут, профессор кафедры гражданского и экологического строительства.
Бетон, напечатанный на 3D-принтере, представляет собой захватывающую тенденцию в жилищном строительстве, предлагая множество преимуществ: быстрое и точное возведение конструкций, возможность использования переработанных материалов, снижение затрат на рабочую силу и уменьшение отходов. Это позволяет реализовывать сложные архитектурные проекты, которые традиционными методами было бы сложно выполнить. В этом процессе используется специализированный принтер, который распределяет цементоподобную смесь слоями, создавая структуру с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования.
Однако, на сегодняшний день выбор материалов для 3D-печати бетона ограничен, и возникают вопросы об их устойчивости и долговечности. «Мы имеем дело с противоречивыми целями», — объясняет Озбулут. «Смесь должна хорошо течь для гладкого изготовления, но затвердевать в стабильный материал с критическими свойствами, такими как хорошая механическая прочность, межслойное сцепление и низкая теплопроводность».
Нанофибриллы целлюлозы, производимые из древесной массы, представляют собой возобновляемый и малотоксичный материал. Этот материал, известный в промышленности как CNF, показывает большой потенциал в качестве добавки для улучшения реологии (свойств текучести) и механической прочности композитов. До проведения тщательного исследования группой UVA влияние CNF на традиционные композиты для 3D-печати оставалось неопределенным.
«Сегодня при проектировании смесей много проб и ошибок», — отметил Озбулут. «Мы удовлетворяем потребность в более качественной науке, чтобы лучше понимать влияние различных добавок на улучшение характеристик 3D-печатных структур». Экспериментируя с различными количествами добавки CNF, команда Озбулута и Угура Кылыча, выпускника докторантуры UVA, обнаружила, что добавление не менее 0,3% CNF значительно улучшает характеристики потока. Микроскопический анализ закаленных образцов выявил лучшую связь материалов и структурную целостность. В ходе дальнейших испытаний в лаборатории Озбулута компоненты, изготовленные на 3D-принтере с применением CNF, также показали отличную устойчивость к растяжению, изгибу и сжатию.
Эти результаты свидетельствуют о том, что внедрение целлюлозных нанофибрилл в материалы для 3D-печати бетона может стать важным шагом к более устойчивым и долговечным методам строительства. Включение CNF в бетонные смеси не только улучшает механические свойства, но и способствует созданию более экологичных строительных материалов, что отвечает современным требованиям к устойчивому развитию.
А затем «Добавить на главный экран».