A impressão em 3D, como símbolo importante da quarta revolução industrial, é amplamente utilizada em vários campos de pesquisa, o que tem um grande impacto na produção tradicional e tornou-se uma tecnologia criativa que irá mudar o futuro. A tecnologia de impressão em 3D é também conhecida como Produção de Aditivos porque completa a moldagem de produtos sólidos através do empilhamento de materiais camada a camada. A utilização de tecnologia de impressão 3D para o fabrico de produtos, sem o uso de moldes, pode encurtar muito o ciclo de desenvolvimento do produto, diminuição de custos, em comparação com os métodos tradicionais de fabrico, têm vantagens notáveis.
Introdução do impressão 3D na indústria de construção
Com o desenvolvimento da indústria da construção, as pessoas gradualmente voltam a sua atenção para a combinação da impressão 3D e da indústria da construção, a impressão 3D também tem enormes vantagens de aplicação, em primeiro lugar, a tecnologia de impressão 3D tem uma vantagem única para a construção de componentes geométricos complexos, que podem dar aos designers grande liberdade, e o mais importante, a impressão 3D pode ser utilizada na indústria da construção.
Todo o processo é uma operação de máquina, tornando a eficiência da construção muito melhorada, enquanto a qualidade da construção pode ser garantida. Por conseguinte, a investigação nacional e estrangeira sobre a impressão de edifícios em 3D continua a ser realizada, agora existe a utilização de gesso ou de alguns materiais cerâmicos que podem ser impressos a partir de exemplos de edifícios de uma ou duas camadas, mas para a impressão de materiais de concreto é ainda menos investigação, o nível técnico ainda está num estado muito imaturo.
Impressão 3D de concreto
A impressão 3D de materiais de concreto é a parte mais central da tecnologia de impressão 3D na indústria da construção, mas o concreto precisa de se fixar e endurecer durante a construção, e devido às peculiaridades do seu material, o concreto só pode utilizar um método de extrusão contínua para operar na tecnologia de impressão 3D.
O processo de impressão de concretos em 3D divide-se em
1. modelação 3D,
2. segmentação 3D (fatiagem),
3. gerando o caminho de impressão, e
4.orientando a impressora a imprimir.
Vídeo mostra impressão 3D de concreto
Principalmente por extrusão contínua de lamelas de concreto, os filamentos de concreto são colados para formar camadas de concreto, e as camadas de concreto são coladas verticalmente para formar membros de concreto. Como todo o processo sem suporte de cofragem, pelo que o concreto precisa de ser estruído para uma posição específica após uma rápida solidificação, este desempenho é um desempenho de fixação rápida, devido à camada de filamento de concreto suportar a carga das camadas acima, para que o fundo da camada de concreto não ocorra deslocamento ou deformação significativos, requer um certo grau de resistência inicial, este desempenho é um desempenho de resistência inicial. Portanto, a força precoce e a condensação rápida são a chave para assegurar o progresso suave dos componentes de concreto impresso em 3D.
Ciência e pesquisa por traz do impressão 3D de concreto
O concreto, como um dos mais importantes materiais de engenharia civil, tem dado grandes contribuições para o desenvolvimento e construção da sociedade humana, mas com o desenvolvimento da engenharia de construção, os problemas de alta poluição e elevado consumo de energia do concreto no processo de produção e aplicação têm vindo gradualmente a aparecer, dificultando seriamente o seu desenvolvimento. A fim de satisfazer as necessidades de desenvolvimento do fabrico verde, a tecnologia do concreto tem de ser constantemente injetada.
Combinada com a tecnologia criativa da impressão 3D, ou seja, a tecnologia do concreto impresso 3D, tem vantagens notáveis sobre a tecnologia do concreto tradicional e tornar-se-á um importante ponto de viragem na história do desenvolvimento do concreto.
Devido às excelentes vantagens da impressão em 3D, tais como economia de custos de mão-de-obra, componentes de tamanho complexo podem ser impressos, o tempo de construção é muito reduzido, a produção em massa é fácil, satisfaz plenamente a personalização, etc., o que coincide com o conceito de industrialização da construção, e pode revolucionar o futuro do processo de construção, portanto, a investigação nacional e internacional sobre a tecnologia de construção de impressão em 3D é interminável
Os principais processos de impressão 3D estrangeiros são "Contorno", "D-Shape" e impressão em concreto. O ponto comum destes três tipos de processos de impressão é a utilização de modelagem 3D por computador, impressão camada a camada (Layer-by-Layer).
Contour Crafting, desenvolvido por Behrokh Khoshnevis na Universidade da Califórnia do Sul, é um estudo de impressão rápida de casas a partir de materiais locais. A sua fraqueza é que o material utilizado nas suas experiências é uma argila semelhante ao material cerâmico, e ainda não há um estudo sistemático do processo de contorno do concreto composto por agregados e materiais cimentícios.
O italiano Enrico Dini desenvolveu uma grande impressora 3D de casa, em forma de D, que tem centenas de milhares de bicos que ejetam um ligante de magnésio sobre o qual se pode aspergir areia para lançar gradualmente arenito artificial, que é colado à areia através de camadas de ligante e areia, colando a areia a um sólido tipo rocha e formando uma forma específica. Os edifícios impressos por este tipo de método têm boa resistência, mas devido à especificidade do material, o processo de construção é um processo de deposição de pó num local específico, que é bastante diferente do concreto, pelo que este processo não tem sido amplamente promovido.
Estudo de caso
Um estudo sistemático comparativo da nova mistura e propriedades de endurecimento do concreto impresso foi realizado apenas por Austin, S.A., Lim, S., Buswell, R.A., Gibb, A.G.F. e Thorpe. da Universidade de Loughborough. Utilizaram concreto composto por areia, material cimentício (70% CEM I 52,5 cimento, 20% cinzas volantes, 10% fumos de sílica), água, diferentes tipos de aditivos (superplastificantes, retardadores, agentes de presa rápida) e uma certa quantidade de fibras de polipropileno, que foram extraídas continuamente através de um bico de 9 mm de diâmetro numa cabeça de impressão que podia ser movida nas direções x, y e z, estruindo concreto Os filamentos finos formam uma camada de filamento de concreto no plano e as camadas são sobrepostas verticalmente umas sobre as outras para formar o componente. Para as propriedades de mistura fresca do concreto impresso, existem propriedades entrudáveis e cumulativas, cuja natureza intrínseca é a trabalhabilidade e o tempo de presa, estudaram a razão água-cimento de 0,28, a razão areia de 55% a 75%, o superplastificante de 0% a 2%, o retardador de 0% a 2%, e a influência da perturbação ou não nas propriedades da mistura fresca . Para as propriedades de endurecimento do concreto impresso, as principais são: densidade, resistência à compressão, resistência à flexão, resistência à ligação entre camadas, tamanho do buraco entre camadas, retração a seco, etc.,. também compararam o concreto impresso de diferentes idades com o concreto vertido a partir de tubos convencionais, e também discutiram o efeito da carga atuando em diferentes direções na resistência, ou seja, a anisotropia do concreto impresso, para obter as propriedades de endurecimento do concreto impresso .
deram um contributo notável para a tecnologia de concreto impresso 3D ao propor um índice de avaliação mais abrangente para concreto impresso e uma proporção viável, mas devido à adição de um grande número de diferentes misturas e uma certa quantidade de fibras de polipropileno, considerando a adaptabilidade destas substâncias ao concreto doméstico. Os resultados dos três processos são mostrados na, e a sua utilização para orientar a concepção de proporções concretas não seria generalizada.
Conclusão
A investigação do concreto impresso em 3D ainda se encontra num campo inexplorado no país e no estrangeiro, pelo que ainda subsistem muitos problemas. O nível do equipamento, o princípio de funcionamento da impressora, a forma como o software modela e gera o percurso de impressão são questões que ainda não foram totalmente resolvidas, mas estas questões dependem fortemente das propriedades do material, pelo que a investigação sobre o concreto adequado para a impressão 3D é uma parte fundamental do campo global de investigação.
O estudo das propriedades do concreto para impressão 3D é ainda muito complexo, no processo de impressão, é necessário satisfazer os requisitos de extrudabilidade, período de tempo de fixação, capacidade de construção, etc., e após o endurecimento do concreto impresso, há questões como a resistência à compressão, resistência de ligação entre camadas, valor de retração, tamanho dos poros, etc., o desempenho da nova fase de mistura é principalmente determinado pela resistência inicial e pelo agente de fixação da velocidade, e a fase de endurecimento de cada desempenho é principalmente determinada pela mistura, ou seja, a influência dos componentes e das doses de resistência inicial e do agente de fixação da velocidade nas propriedades de resistência inicial e de fixação da velocidade do concreto.
Para saber mais sobre impressão 3D , acesse Revista Industria 4.0
