Podzespoły betonowe są tradycyjnie wykonywane metodą odlewniczą. Ale wykorzystanie formy odlewniczej wyraźnie ogranicza możliwości uzyskiwania bardziej złożonych kształtów. Zdaniem badaczy z Uniwersytetu Technicznego w Monachium (TUM), druk 3D z betonu pozwala na przezwyciężenie tych ograniczeń.
Możliwości technologii prezentowane są na przykładzie betonowej, cienkościennej rury o przekroju 20 cm, wzmocnionej od wewnątrz za pomocą złożonej struktury o układzie inspirowanym budową ptasich kości. Całość jest lekka i cienka, ale jednocześnie wytrzymała. Testy wykazały, że rura wytrzymuje działanie siły rzędu 50 N/mm, co sprawia, że można uznać produkt wydrukowany w 3D z betonu za równie wytrzymały co konwencjonalny betonowy odlew.
Uzyskanie rury, z drobnymi strukturami usztywniającymi wewnątrz, byłoby właściwie niemożliwe przy pomocy odlewu betonowego, w którym mieszanina piasku, cementu i wody musi zastygnąć w formie. Najpierw badacze opracowali metodę nazwaną „selektywnym wiązaniem”, która polega na tym, że cienkie warstwy piasku zostają związane mieszaniną wody i cementu dokładnie w miejscach, gdzie ma powstać usztywnienie.
Po zastygnięciu zaprawy reszta piasku daje się łatwo usunąć, pozostawiając wyłącznie żądaną strukturę. Kolejnym krokiem była budowa praktycznego urządzenia do selektywnego wiązania, złożonego z automatycznego systemu rozpryskiwania piasku, głowicy roboczej sterowanej numerycznie i dyszy dozującej ciekłą zaprawę cementową. Na parametry pracy mają wpływ różne czynniki, takie jak grubość warstw, wielkość ziaren piasku, szybkość głowicy i jej budowa. Wraz z partnerami przemysłowymi, zespół badaczy przygotowuje obecnie urządzenie wyposażone w kilka tysięcy dysz dozujących, zdolne wytwarzać elementy o objętości ok. 10 m3.
Równolegle trwają prace nad ekstruzyjną metodą druku 3D z betonu, wykorzystującą gotową mieszankę piasku i zaprawy. Główną zaletą takiego rozwiązania jest szybkość produkcji. Pozwala także na jednoczesne użycie innych surowców. Badacze z TUM zaprezentowali możliwości tej metody na przykładzie paneli betonowych wypełnionych wiórami drewna. Produkt ten łączy wytrzymałość konstrukcyjną betonu i termoizolacyjne właściwości drewna. Do jego wytwarzania użyto dyszy, przez którą pompuje się mieszaninę cementu, drewna i wody, umieszczonej na ramieniu robota przemysłowego, rozprowadzającego materiał warstwa po warstwie, według wzoru.
Badacze zwracają uwagę, że druk 3D z betonu, pozwalając na wytwarzanie struktur o złożonym kształcie, modyfikację kształtu bez dodatkowych kosztów i na wykorzystanie różnych rozwiązań materiałowych, w zależności od potrzeb, może stanowić przełom w branży przemysłu budowlanego i architektury.
Technical University of Munich
