Yeni araştırmalar, ıstakoz kabuklarından ilham alınan desenlerin; daha karmaşık ve yaratıcı mimari yapıları desteklemek için 3D baskılı betonu daha güçlü hale getirebileceğini gösteriyor.
3D beton baskı (3DCP) gibi dijital üretim teknolojileri; inşaatta zamandan, emekten ve malzemeden tasarruf etmek için muazzam bir potansiyele sahiptir.
Aynı zamanda mimari yeniliğin sınırlarını zorlamayı vaat ediyorlar. Ancak 3D baskılı betonu daha serbest biçimli yapılarda kullanılacak kadar güçlü hale getirmede teknik zorluklar devam ediyor.
Yeni bir deneysel çalışmada, RMIT Üniversitesi’ndeki araştırmacılar; özel 3 boyutlu baskı desenleri tasarlamak için ıstakoz kabuklarının doğal gücüne baktılar.
Biyo-taklit spiral desenleri, 3D baskılı betonun genel dayanıklılığını iyileştirmenin yanı sıra, mukavemetin gerektiği yerde yapısal destek için hassas bir şekilde yönlendirilmesini sağladı.
Ekip; bükme modellerini çelik liflerle geliştirilmiş özel bir beton karışımıyla birleştirdiğinde, ortaya çıkan malzeme geleneksel olarak yapılmış betondan daha güçlüydü.
Baş araştırmacı Dr. Jonathan Tran, 3D baskı ve katmanlı üretimin, hem verimliliği hem de yaratıcılığı artırmak için inşaatta fırsatlar yarattığını söyledi.
Araştırmacı Tran: “3D beton baskı teknolojisi inşaat endüstrisinde devrim yaratacak gerçek bir potansiyele sahip ve amacımız bu dönüşümü yakınlaştırmaktır. Çalışmamız, farklı baskı desenlerinin 3D baskılı betonun yapısal bütünlüğünü nasıl etkilediğini araştırıyor ve ilk kez 3DCP’de biyo-esinlenmiş bir yaklaşımın faydalarını ortaya koyuyor. Istakozun dış iskeletleri gibi doğal malzemelerin milyonlarca yıl içinde yüksek performanslı yapılara dönüşmüş olabileceğini biliyoruz, bu nedenle bunların temel avantajlarını taklit ederek doğanın halihazırda yenilik yaptığı yerleri takip edebiliriz.”
İnşaat İçin 3 Boyutlu Baskı
Beton yapının otomasyonu; otomasyonda bir sonraki sınır ve endüstri 4.0 olarak bilinen veri odaklı inşaatla, inşa etme şeklini dönüştürmeye ayarlanmıştır.
3 boyutlu bir beton yazıcı; sadece betonu bir kalıba dökmek olan geleneksel yaklaşımın aksine, malzemeyi katman katman biriktirerek evler inşa eder veya yapısal bileşenler yapar.
En son teknoloji ile bir ev, maliyetin yaklaşık yarısına sadece 24 saatte 3 boyutlu basılabilir. Bu bağlamda dünyanın ilk 3 boyutlu basılı yapının inşaatı 2019’da Meksika’da başladı.
Gelişmekte olan endüstri; Dubai’deki 3 boyutlu baskılı ofis binası, Madrid’deki doğayı taklit eden beton köprü ve Hollanda’nın yelken şeklindeki “Avrupa Binası” gibi mimari ve mühendislik yeniliklerini şimdiden destekliyor.
RMIT Mühendislik Fakültesi’ndeki araştırma ekibi, 3D baskı betonu üzerine odaklanıyor ve bitmiş ürünü farklı baskı kalıbı tasarımı, malzeme seçimleri, modelleme, tasarım optimizasyonu ve güçlendirme seçenekleri kombinasyonlarıyla geliştirmenin yollarını araştırıyor.
Baskı Kalıpları
3D baskıda kullanılan en geleneksel desen; katmanların paralel çizgilerle üst üste dizildiği tek yönlü şekildir.
3 Boyutlu Baskı ve Katmanlı İmalat’ın (3-D Printing and Additive Manufacturing) özel sayısında yayınlanan yeni çalışmada, farklı baskı desenlerinin çelik elyaf takviyeli betonun dayanımı üzerindeki etkisi araştırıldı.
RMIT ekibi tarafından yapılan önceki araştırmalar; beton karışımına % 1-2 çelik elyaf dahil etmenin, kusurları ve gözenekliliği azaltarak mukavemeti artırdığını buldu. Lifler ayrıca betonun deformasyona uğramadan erken sertleşmesine yardımcı olarak daha yüksek yapıların inşa edilmesini sağlar.
Ekip, betonun helezoni desenlerde (ıstakoz kabuklarının iç yapısından esinlenerek), çapraz kat ve yarı izotropik desenlerde (lamine kompozit yapılar ve katman katman biriktirilmiş kompozitler için kullanılanlara benzer) baskısının etkisini test etti.
Karmaşık Yapıları Desteklemek
Araştırmacı Tran: “Sonuçlar, tek yönlü baskıya kıyasla desenlerin her birinde mukavemet artışı gösterdi. Ancak, spiral desenler; karmaşık 3D baskılı beton yapıları desteklemek için daha fazla umut vadediyor. Istakoz kabukları doğal olarak güçlü ve kavisli olduğundan, bunun kemerler ve akan veya bükülmüş yapılar gibi daha güçlü beton şekiller sunmamıza yardımcı olabileceğini biliyoruz. Bu çalışma erken aşamalarda olduğundan, betonun daha geniş bir parametre yelpazesinde nasıl performans gösterdiğini test etmek için daha fazla araştırmaya ihtiyacımız var, ancak ilk deneysel sonuçlarımız doğru yolda olduğumuzu gösteriyor.”
RMIT tarafından kısa süre önce satın alınan yeni bir büyük ölçekli mobil beton, 3D yazıcıyla daha fazla çalışma desteklenecek ve bu da onu güney yarımkürede bu türden bir makineyi işletmeye alan ilk araştırma kurumu haline getirecek.
Ekip, 5×5 metrelik robotik yazıcı; evlerin, binaların ve büyük yapısal bileşenlerin 3 boyutlu baskısını araştırmak için kullanılacak.
Ekip ayrıca makineyi; yumuşak plastik agrega gibi geri dönüştürülmüş atık malzemelerden yapılmış betonla 3 boyutlu baskı potansiyelini keşfetmek için kullanacak.
