رفتن به نوشته‌ها

آیا کنفکریت چاپ شده سه بعدی می تواند جایگزین بتن سنتی شود؟


از طریق ما با همه چیزهایی که در دنیای شگفت انگیز AM اتفاق می افتد به روز بمانید لینکدین انجمن.

پتروس سیدریس، استادیار دپارتمان مهندسی عمران و محیط زیست زاکری در دانشگاه تگزاس A&M است. او بیش از پنج سال پیش شروع به بررسی پرینت سه بعدی ساخت و ساز به عنوان جایگزینی برای ساخت و ساز سنتی کرد و تحقیقات او بر روی سازه های پرینت سه بعدی بتنی و نحوه عملکرد آنها در شرایط خدماتی و رویدادهای شدید مانند زلزله متمرکز شده است. او تحقیق در مورد پتانسیل کنفکریت چاپ شده سه بعدی را آغاز نکرده است.

پتروس سیدریس در طول تحقیقات خود در حوزه وسیع سازه‌های بتنی، آزمایش‌های سازه‌ای در مقیاس بزرگ، مدل‌سازی محاسباتی سازه‌ها و مدل‌سازی در سطح مواد را انجام داده است.

هنگامی که او برای اولین بار در مورد پرینت سه بعدی ساخت و ساز شنید، شک داشت (با توجه به این که بیش از پنج سال پیش بود). “من نمی گویم که فکر می کردم کار نمی کند. من می گویم که آنقدر محبوب نبود. علاقه به این حوزه از آن زمان تقریباً به طور تصاعدی افزایش یافته است. و این ایده از دهه 90 وجود داشته است، درست است. حتی کارهایی وجود دارد که ما به صورت آنلاین پیدا کردیم که در دهه 30 اجرا شده است.

با این حال، نزدیک به یک هفته بعد، او با این ایده فروخته شد. من احساس کردم پتانسیل زیادی از نظر اتوماسیون وجود دارد. و اگر با جزئیات بیشتری به این موضوع نگاه کنید، خواهید دید که بخش ساخت و ساز احتمالاً کمترین خودکارسازی بخش اقتصاد است، نه تنها در ایالات متحده بلکه در سراسر جهان. پتانسیل عظیمی برای اتوماسیون وجود دارد و پرینت سه بعدی به خوبی در این جهت بود. و سپس به خوبی با تلاش ها برای رسیدگی به برخی از مشکلات عمده مانند، به عنوان مثال، مسئله مسکن، «بحران مسکن»، همانطور که ما آن را در ایالات متحده می نامیم، که احتمالاً در چندین کشور نیز مشکل است، ارتباط دارد. اینجوری شروع کردم. پتروس سیدریس گفت: من ارزش را دیدم و سپس وارد آن شدم. و در اینجا ما با چندین ایده مختلف، برخی از ایده های مربوط به بتن و اکنون برخی از ایده های جدیدتر که به مواد پایدارتر و کاربردهای آنها در ساخت و سازهای واقعی در مقیاس بزرگ مربوط می شوند، هستیم.

آیا کنفکریت چاپ شده سه بعدی می تواند جایگزین بتن سنتی شود؟  پتروس سیدریس و تیمش در دانشگاه تگزاس A&M قصد دارند این موضوع را کشف کنند.
استادیار پتروس سیدریس

ایده بزرگ برای تحقیقات پتروس سیدریس این است که نیاز فزاینده ای به مسکن در ایالات متحده و بسیاری از کشورهای جهان وجود دارد. تنها در ایالات متحده، اخیراً توسط شرکت فدرال وام مسکن وام مسکن (فردی مک) برآورد شده است که این کشور به بیش از 3.8 میلیون خانه جدید نیاز دارد. در عین حال، نیروی کار یدی، نیروی کار ساختمانی در حال کاهش است. با در نظر گرفتن این – بسیار بعید است که وضعیت فعلی شیوه های ساخت و ساز بتواند این نیازها را برطرف کند.

اینجاست که نیاز به اتوماسیون و تکنیک های ساخت و ساز جایگزین ارزش دارد. پرینت سه بعدی به دلیل اتوماسیون، خاموش شدن چراغ ها، تولید 24 ساعته، نیاز به حداقل پرسنل، یک راه حل تقریباً عالی برای این مشکل است.

با این حال، استفاده از مواد سنتی در ارتباط با این فناوری مدرن‌تر ایده‌آل نیست، به عنوان مثال، بتن یک ماده پایدار و سازگار با محیط‌زیست نیست.

همانطور که احتمالا می دانید بتن ماده ای سازگار با محیط زیست نیست. با انتشار کربن زیادی همراه است. پس این یک مسئله بزرگ است. کاری که پروژه ما در تلاش است انجام دهد، پیوند این دو ایده است. یکی پرینت سه بعدی ساخت و ساز است که می توانم بگویم به دو دلیل فرآیند ساخت و ساز سازگارتر با محیط زیست است – شما نیازی به قرار دادن بتن در جای دیگری ندارید مگر در مکان هایی که به آن نیاز دارید، و نیازی به قالب بندی ندارید. معمولاً فقط چند بار استفاده می شود و سپس آن را دور می اندازد. بنابراین این دو مزیت اصلی خود این فرآیند است. اکنون ما سعی می کنیم این روند را با یک ماده پایدار تطبیق دهیم. آن ماده پایدار کنفی است. کنف به خودی خود یک ماده بسیار جذاب برای ما در ساخت و ساز است زیرا اساساً دارای ردپای کربن منفی است – CO2 زیادی را جذب می کند. کاری که ما در این پروژه سعی در انجام آن داریم، چاپ با استفاده از hempcrete است. این چالش بزرگ است.»

چالش دوم این است که تیم سازه هایی را طراحی کند که از نظر ساختاری مطابق با قوانین و همچنین از نظر عملکرد انرژی مطابق با قوانین باشند. بنابراین ما سعی می کنیم در مورد نحوه طراحی سازه ها با استفاده از این نوع مواد تجدید نظر کنیم. ما همچنین در تلاش خواهیم بود تا به ساختاری کامل برسیم که در طول عمر مفید آن کربن خالص منفی است.”

آیا کنفکریت چاپ شده سه بعدی می تواند جایگزین بتن سنتی شود؟  پتروس سیدریس و تیمش در دانشگاه تگزاس A&M قصد دارند این موضوع را کشف کنند.
منبع تصویر: پتروس سیدریس

این تیم همچنین به عملکرد سازه ها در طول زمان نگاه خواهد کرد. اگر یک سازه به خودی خود پایدار و در ارزش اسمی باشد، اما به دلیل آسیب طوفان، برای مثال، هر چند سال یکبار نیاز به تعویض یا تعمیر داشته باشد، واقعاً پایدار نیست. برای اثبات این فرضیه، تیم باید تعادل هماهنگ بین پایداری و انعطاف‌پذیری را بیابد – و بررسی کند که این دو چگونه بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند.

پتروس سیدریس در مورد فرآیند تبدیل گیاه کنف به کنفکریت خاطرنشان کرد که او مهندس مواد نیست و ممکن است بهترین کسی نباشد که این فرآیند را برای ما توضیح دهد، “اما چیزی که می توانم به شما بگویم این است که ما” به قسمت های مختلف گیاه نگاه می کنید. ما به دنبال استفاده از الیاف کنف هستیم، و همچنین در حال بررسی برخی رویکردهای نوآورانه تر، مانند پودر کنف، هستیم. ما به دنبال این هستیم که چگونه می توانیم از این مواد برای به دست آوردن طرح ترکیبی استفاده کنیم که قابل چاپ و در عین حال سازگار با محیط زیست باشد.

در مورد اصلاح کنفکریت برای پرینت سه بعدی – “ما برنامه ای برای چگونگی انجام آن داریم. ما در مورد ایده های مختلف فکر کرده ایم و ایده های خاصی در مورد چگونگی انجام آن داریم. کاری که ما تاکنون انجام داده‌ایم، حتی قبل از شروع رسمی این پروژه، این است که از قبل شروع به صحبت با تولیدکنندگان کرده‌ایم و ببینیم چه موادی در دسترس داریم و در مورد آنچه که انتظار داریم نیاز داریم بحث کنیم. ما هم در این راستا کارهای مقدماتی داشته ایم. ما معتقدیم که رویکرد ما به چالش داشتن طرح مخلوط کنفکریت قابل چاپ سه بعدی پاسخ خواهد داد.”

به عنوان بخشی از پروژه تحقیقاتی، این تیم در دسترس بودن و دسترسی به مقادیر کنف مورد نیاز برای دوام و پایدار بودن این تکنیک ساخت و ساز را بررسی خواهد کرد. در حال حاضر، «آنچه می توانم بگویم این است که در ایالات متحده، ما می دانیم که علاقه زیادی به کشت کنف و حمایت از این ایده وجود دارد. مطالعات قبلاً نشان داده است که رشد کنف برای کاربردهای ساختمانی مزایای زیادی دارد، بنابراین ما انتظار داریم که هیچ مشکلی وجود نداشته باشد. با این حال، پروژه آن را بررسی خواهد کرد و به پاسخ های مشخص تری برای این سؤالات خواهد رسید، زیرا در این مرحله، انتظاری است که ما داریم. به نظر می رسد که تولیدکنندگان زیادی آماده پرش به این ایده هستند، اما زمانی که تحلیل دقیق تری انجام دهیم، پاسخ قطعی تری خواهیم داشت.»

هنگامی که در مورد اینکه پتروس سیدریس در مورد آینده بالقوه کنفکریت چه فکر می کند، او این را گفت:

“پیش بینی این بسیار دشوار است. من حدس می زنم در این مرحله ما فقط می توانیم از نظر بازار حدس و گمان کنیم. اما اگر بخواهیم فقط به شیوه ای معقول فکر کنیم، آنچه می دانیم این است که شیوه های ساخت و ساز فعلی ناپایدار هستند – به عنوان مثال، ساختن این تعداد عظیم خانه با استفاده از بتن معمولی، و به همین دلیل، منطقی است که انتظار داشته باشیم که نتوانیم آن را حفظ کنیم. آنها برای مدت طولانی بنابراین، در پایان روز، برای رسیدگی به این خواسته‌های عظیم، باید راهی پایدار برای انجام آن پیدا کنید. از این نظر، پروژه ما در مسیر درستی قرار دارد، و می‌توانید بگویید که ساختاری که هم پایداری و هم انعطاف‌پذیری را مورد توجه قرار می‌دهد، به نوعی پاسخ یا پاسخی بالقوه برای چالشی است که ما با آن روبرو بوده‌ایم. یک ملت [USA]، بلکه در سراسر جهان.”

انتظار می‌رود تحقیقات رسمی در سپتامبر امسال و پس از اینکه تیم جزئیات را با وزارت انرژی نهایی کرد و اولین نتایج ممکن دو سال بعد منتشر شود، آغاز شود.



منبع

منتشر شده در اخبار پرینتر و چاپ سه بعدی