La tecnología láser mejora la utilización del cemento

Los ingenieros de Princeton están utilizando láseres para evaluar la resistencia a la fractura del cemento impreso en 3D con el objetivo de crear aplicaciones más amplias en la fabricación aditiva y materiales mejorados con diseños innovadores.

El cemento es un componente importante del hormigón utilizado en la construcción y la impresión 3D ha ganado interés debido a su eficiencia. Sin embargo, el hormigón impreso en 3D puede agrietarse debido a las microestructuras irregulares creadas por las capas.

Ingenieros de la Universidad de Princeton utilizan láseres para evaluar la resistencia a la fractura del cemento impreso en 3D. Los avances en esta área apuntan a expandir la fabricación aditiva en estructuras a base de cemento, permitiendo materiales mejorados y diseños innovadores. Las microestructuras irregulares creadas durante la impresión 3D contribuyen al agrietamiento, pero la nueva prueba de los investigadores proporciona información microscópica. Los resultados sugieren que, al comprender las propiedades de fractura, el hormigón impreso en 3D podría igualar o incluso superar la resistencia del hormigón vertido.

El control de la potencia y la velocidad del láser permite un control preciso de la profundidad y la forma de la ranura, lo que permite realizar pruebas más precisas que los métodos tradicionales. Los investigadores están obteniendo información sobre las propiedades de fractura de los materiales de cemento impresos en 3D, que son cruciales para escalar esta tecnología. Las tecnologías aditivas ofrecen la oportunidad de crear materiales más robustos y resistentes a través del diseño innovador y la libertad de fabricación. A diferencia del hormigón colado vertido, el hormigón impreso en 3D utiliza una boquilla para extruir hilos de pasta de cemento para construir capas gradualmente. Durante el proceso de extrusión, se crea un obstáculo por una fina película de agua que se forma alrededor de cada hebra impresa para ayudar a que fluya. Estas películas cargadas de humedad pueden causar defectos internos significativos e inconsistencias entre las hebras del material impreso en 3D, lo que en última instancia debilita su integridad estructural.

Los investigadores analizaron las interfaces para investigar su influencia en las propiedades de fractura. Utilizaron una impresora 3D personalizada para fabricar y curar muestras, evitando la puntuación imprecisa que se produce con los métodos tradicionales de sierra circular. El equipo enfatizó que este enfoque ayuda a determinar las propiedades del material para expandir la fabricación aditiva de concreto en aplicaciones estructurales y no estructurales.

Los investigadores estudiaron los materiales arquitectónicos y las propiedades de las fracturas, ampliando nuestra comprensión de la mecánica de las fracturas en el contexto del hormigón impreso en 3D. También desarrollaron nuevos métodos de prueba de fractura diseñados específicamente para evaluar el comportamiento de fractura del hormigón impreso en 3D.

Referencia: Shashank Gupta et al., Análisis de fractura y transporte de materiales cementicios laminares impresos en 3D heterogéneos, compuestos de cemento y concreto (2023). DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2023.105034