پژوهشگران دانشگاه ایالتی اورگن در آمریکا موفق شدند بتن چاپ سه‌بعدی جدیدی بسازند که تنها در سه روز به استحکام سازه‌ای می‌رسد.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، این ماده بر پایه خاک رس است و امکان چاپ فوری سازه‌هایی مانند دیوار، سقف و حتی دهانه‌های بدون تکیه‌گاه را فراهم می‌کند. نیاز فوری به ساخت‌وساز پایدار، به‌ویژه با تشدید بحران جهانی مسکن باعث شده است که توسعه روش‌های کم‌کربن و سریع در اولویت قرار گیرد. چاپ سه‌بعدی در سال‌های اخیر به عنوان یک راهکار پایدار برای حل چالش‌های ساخت شناخته شده، اما کندی فرایند گیرش بتن سنتی همچنان سد راه اجرای سریع پروژه‌ها بوده است. پژوهش جدید دانشگاه OSU این مانع را هدف قرار داده و هم‌زمان مشکل سرعت و آلودگی را حل کرده است.
در سال‌های اخیر چاپ سه‌بعدی به‌عنوان روشی کم‌هزینه و سازگار با محیط زیست در ساخت‌وساز مطرح شده است. بسیاری از پروژه‌های مسکن، زیرساخت و امدادرسانی تلاش کرده‌اند از مزایای سرعت و انعطاف‌پذیری این فناوری بهره ببرند. فناوری تازه OSU می‌تواند محدودیت‌های فعلی را برطرف کند و ساخت‌وساز چاپی را به مرحله جدیدی برساند.
سیمان که ماده اصلی بتن است، به‌تنهایی حدود ۸ درصد از انتشار جهانی دی‌اکسیدکربن را تولید می‌کند. تولید آن نیازمند کوره‌های صنعتی عظیمی است، که مواد را تا دمای بیش از ۱۴۰۰ درجه سلسیوس گرم می‌کنند و حجم زیادی انرژی مصرف می‌شود. علاوه بر این، بتن معمولی تا ۲۸ روز برای رسیدن به استحکام کامل زمان نیاز دارد. این دو عامل سرعت ساخت‌وساز را کاهش و اثرات زیست‌محیطی را افزایش می‌دهند.
تیم با هدایت Devin Roach، استاد یار مهندسی مکانیک و Nicolas Gonsalves، دانشجوی دکتری تلاش کرد این دو مشکل را هم‌زمان حل کند. آنها جوهری بر پایه خاک رس توسعه دادند که با مواد رایج ترکیب می‌شود و از فرایند شیمیایی frontal polymerization بهره می‌گیرد. این واکنش باعث می‌شود که ماده هنگام خروج از چاپگر به سرعت سخت شود.
این ماده از یک عامل چسباننده مبتنی بر acrylamide استفاده می‌کند که باعث گیرش آنی می‌شود. پژوهشگران اعلام کردند که این ویژگی امکان چاپ روی دهانه‌های بدون تکیه‌گاه مانند بالای درها و پنجره‌ها را فراهم می‌کند. Roach بیان کرد که این ماده بلافاصله پس از چاپ سه مگاپاسکال استحکام دارد و می‌تواند دیوارهای چندلایه و پیش‌آمدگی‌های مستقل را تحمل کند.
آزمایش‌ها نشان داده است که این ماده تنها پس از سه روز به استحکام بیش از ۱۷ مگاپاسکال می‌رسد. این سطح از استحکام، استاندارد لازم برای بتن سازه‌ای مسکونی است. بتن سیمانی سنتی ممکن است تا چهار هفته برای رسیدن به همین مقدار زمان نیاز داشته باشد. این تفاوت زمانی می‌تواند سرعت ساخت خانه‌های اضطراری، واحدهای مسکن مقرون‌به‌صرفه یا سازه‌های موقت پس از سیل، زلزله یا طوفان را دگرگون کند.
بیشتر بخوانید: ساخت مصالح ساختمانی پایدار جایگزین بتن با کارتن و خاک
مزیت مهم دیگر این ماده، ردپای زیست‌محیطی کوچک آن است. ترکیب اصلی آن شامل خاک در دسترس، الیاف کنف، ماسه و biochar است. Biochar ماده‌ای غنی از کربن است که از گرم‌کردن پسماندهای آلی در شرایط کم‌اکسیژن تولید می‌شود و می‌تواند کربن را به‌طور مؤثر ذخیره کند. این ساختار جدید بخش زیادی از سیمان انرژی‌بر را با موادی جایگزین می‌کند که تولید آنها کربن بسیار کمتری آزاد می‌کند.
به گفته پژوهشگران، این فناوری برای مناطق آسیب‌دیده از بلایای طبیعی ارزش ویژه‌ای دارد. افزایش تواتر طوفان‌ها، سیل‌ها و زلزله‌ها باعث شده است که نیاز به ساخت سریع پناهگاه‌ها بیشتر شود. Roach تاکید کرد که استفاده از مواد در دسترس با انتشار کربن پایین‌تر، می‌تواند امدادرسانی را کارآمدتر کند.
پژوهشگران اعلام کردند که هزینه چاپ سه‌بعدی این ماده هنوز از بتن معمولی بالاتر است، اما روند توسعه به‌سمت کاهش قیمت در حال حرکت می‌باشد. گام بعدی انطباق مواد با استانداردهای American Society for Testing and Materials (ASTM) است تا استفاده گسترده آن از نظر ایمنی و مقرراتی تایید شود.
این پیشرفت می‌تواند زمینه‌ساز آینده‌ای باشد که در آن خانه‌ها نه‌تنها سریع و کم‌هزینه چاپ شوند، بلکه اثرات زیست‌محیطی ساخت‌وساز نیز به‌طور چشمگیری کاهش یابد.
نتایج این پژوهش در مجله Advanced Composites and Hybrid Materials منتشر شده است.
