¿Qué sucede si las debilidades inherentes de un material realmente fortalecen las casas y los edificios durante los incendios forestales y los terremotos?
Los investigadores de la Universidad de Purdue tienen pasta de cemento impresa en 3D, un ingrediente clave del hormigón y el mortero utilizado para construir diversos elementos de infraestructura, que se endurece bajo presión como los depósitos de artrópodos, como langostas y escarabajos. La técnica podría contribuir aestructuras más resistentes durante los desastres naturales.
"La naturaleza tiene que lidiar con las debilidades para sobrevivir, por lo que estamos utilizando las debilidades 'incorporadas' de los materiales a base de cemento para aumentar su resistencia", dijo Jan Olek, profesor de la Escuela de Ingeniería Civil de Purdue en Lyles.
La idea sería utilizar diseños inspirados en conchas de artrópodos para controlar cómo se extiende el daño entre las capas impresas de un material, como tratar de romper un montón de fideos de espagueti sin cocinar en lugar de un solo fideo.
"Los exoesqueletos de los artrópodos tienen propagación de grietas y mecanismos de endurecimiento que podemos reproducir en pasta de cemento impresa en 3D", dijo Pablo Zavattieri, profesor de ingeniería civil de Purdue.
los materiales a base de cemento impresos en 3D, como la pasta de cemento, el mortero y el concreto, darían a los ingenieros un mayor control sobre el diseño y el rendimiento, pero los tecnicismos han obstaculizado su ampliación.
Los ingenieros de Purdue son los primeros en utilizar la impresión 3D para crear estructuras bioinspiradas con pasta de cemento, como se muestra en un artículo publicado y en el frontispicio para una próxima edición impresa de la revista Materiales avanzados .
"La impresión 3D ha eliminado la necesidad de crear un molde para cada tipo de diseño, de modo que podamos lograr estas propiedades únicas de los materiales a base de cemento que antes no eran posibles", dijo Jeffrey Youngblood, profesor de ingeniería de materiales de Purdue.
El equipo también está utilizando escaneos de micro-CT para comprender mejor el comportamiento de los materiales endurecidos a base de cemento impresos en 3D y aprovechar sus características débiles, como las regiones de poros que se encuentran en las "interfaces" entre las capas impresas, que promuevenEste hallazgo fue presentado recientemente en la 1ra Conferencia Internacional de RILEM sobre Concreto y Fabricación Digital.
"Los materiales a base de cemento de impresión 3D proporcionan control sobre su estructura, lo que puede conducir a la creación de más elementos estructurales tolerantes a defectos y defectos como vigas o columnas", dijo Mohamadreza "Reza" Moini, un candidato a doctorado de Purdue.de ingeniería civil.
El equipo se inspiró inicialmente en el camarón mantis, que conquista a su presa con un apéndice de "club de dactilos" que se vuelve más duro en el impacto a través de grietas retorcidas que disipan la energía y evitan que el club se desmorone.
Algunos de los elementos de pasta de cemento bioinspirados diseñados y fabricados por el equipo utilizando técnicas de impresión en 3D incluyen los diseños "panal", "conforme" y "Bouligand", llamados "arquitecturas".
Cada una de estas arquitecturas permitió nuevos comportamientos en un elemento impreso en 3D una vez endurecido. La arquitectura de Bouligand, por ejemplo, aprovecha las interfaces débiles para hacer que un material sea más resistente a las grietas, mientras que la arquitectura conforme hace que los elementos basados en cemento actúencomo un resorte, aunque estén hechos de material quebradizo.
El equipo planea explorar otras formas en que los elementos a base de cemento podrían diseñarse para construir estructuras más resistentes.
El trabajo fue financiado por la National Science Foundation Beca No. CMMI 1562927.
Vea un video de YouTube en http://youtu.be/Q0MvUdZoejk .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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