3 آگوست 2024 -توسط جنیفر مک منامای، دانشگاه ویرجینیا-اوگور کیلیچ، دکترای مهندسی عمران از دانشگاه ویرجینیا. دانشجو، در این عکس 2022 به چاپگر بتن در آزمایشگاه پروفسور عثمان اوزبولوت در UVA نگاه می کند. اعتبار: تام کوگیل، دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ویرجینیا
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی مهندسان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه ویرجینیا، اولین گروه است که به بررسی این موضوع می‌پردازد که چگونه یک ماده گیاهی نوظهور، نانوفیبریل‌های سلولزی، می‌تواند مزایای فناوری بتن پرینت سه بعدی را تقویت کند.
عثمان ای. اوزبولوت، پروفسور دپارتمان عمران گفت: «پیشرفت‌هایی که هم در قابلیت چاپ و هم در اقدامات مکانیکی دیدیم، نشان می‌دهد که ترکیب نانوفیبریل‌های سلولز در مواد تجاری قابل چاپ می‌تواند زودتر به شیوه‌های ساخت‌وساز انعطاف‌پذیرتر و سازگار با محیط‌زیست منجر شود.»
یافته های تیم او در شماره سپتامبر 2024 سمنت و کامپوزیت های بتن منتشر خواهد شد.
ساختمان های ساخته شده از بتن پرینت سه بعدی یک روند هیجان انگیز در مسکن هستند و مزایای زیادی دارند: ساخت و ساز سریع و دقیق، احتمالاً از مواد بازیافتی، کاهش هزینه های نیروی کار و ضایعات کمتر، همه اینها در حالی که طرح های پیچیده ای را امکان پذیر می کنند که سازندگان سنتی برای انجام آن تلاش می کنند.
این فرآیند از یک چاپگر تخصصی استفاده می کند که مخلوطی شبیه سیمان را در لایه ها برای ساخت سازه با استفاده از نرم افزار طراحی به کمک رایانه پخش می کند. اما تاکنون، گزینه‌های مواد قابل چاپ محدود است و سؤالاتی در مورد پایداری و دوام آنها باقی مانده است.
اوزبولوت گفت: «ما با اهداف متناقضی روبرو هستیم. این مخلوط برای ساخت صاف باید به خوبی جریان داشته باشد، اما به یک ماده پایدار با خواص حیاتی مانند استحکام مکانیکی خوب، اتصال بین لایه‌ای و رسانایی حرارتی کم تبدیل شود.
نانوفیبریل‌های سلولزی از خمیر چوب ساخته می‌شوند و ماده‌ای را ایجاد می‌کنند که تجدیدپذیر بوده و تاثیر کم دارد. مانند سایر مشتقات الیاف گیاهی، CNF، همانطور که این ماده در صنعت شناخته می شود، پتانسیل قوی را به عنوان یک افزودنی برای بهبود رئولوژی (اصطلاح علمی برای خواص جریان) و مقاومت مکانیکی این کامپوزیت ها نشان می دهد.
اوزبولوت گفت، با این حال، تا زمان مطالعه دقیق تیم تحت رهبری UVA در آزمایشگاه زیرساخت ارتجاعی و پیشرفته اوزبولوت، تأثیر CNF بر روی کامپوزیت‌های چاپ سه بعدی معمولی مشخص نبود.
وی گفت: امروزه آزمون و خطاهای زیادی برای طراحی مخلوط ها انجام می شود. ما در حال بررسی نیاز به علم بیشتر برای درک بهتر اثرات افزودنی های مختلف برای بهبود عملکرد ساختارهای چاپ سه بعدی هستیم.
این تیم به رهبری اوزبولوت و اوگور کیلیچ که اکنون دکترای خود را دارند، با مقادیر مختلف افزودنی CNF آزمایش کردند. فارغ التحصیلان UVA دریافتند که افزودن حداقل 0.3% CNF به طور قابل توجهی عملکرد جریان را بهبود می بخشد. تجزیه و تحلیل میکروسکوپی نمونه های سخت شده پیوند مواد و یکپارچگی ساختاری بهتری را نشان داد.
در آزمایش‌های بیشتر در آزمایشگاه Ozbulut، اجزای چاپ سه‌بعدی تقویت‌شده با CNF نیز در برابر کشیدن، خم شدن و فشرده‌سازی مقاومت کردند.
