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受甲虫启发,3D打印水泥浆在裂缝时变得更坚固
2018-10-05浏览量:145评论数:
美国普渡大学的研究人员使用3D打印水泥浆,这是用于建造各种基础设施元素的混凝土和砂浆的成分,在压力下变得更加坚韧。研究人员声称,该技术可以有助于建造弹性结构,可以抵御地震和野火等自然灾害的负面影响。



普渡大学莱勒斯土木工程学院教授扬·奥列克说:“大自然必须应对存在的弱点,因此我们正在利用水泥基材料的”内置“弱点来提高它们的韧性。

据认为,研究人员的工作可能会导致更多的损坏和容忍缺陷的结构元素,如梁或柱。

3D打印技术从节肢动物的外壳中获取灵感,以控制材料的打印层之间的损坏如何蔓延,例如试图打破一堆未煮过的意大利面条而不是单一的面条。

普渡大学土木工程教授Pablo Zavattieri说:“节肢动物的外骨骼具有裂纹扩展和增韧机制,我们可以在3D打印的水泥浆中复制。”

3D打印的水泥基材料 - 例如水泥浆,砂浆和混凝土 - 将使工程师能够更好地控制设计和性能,但技术性却阻碍了它们的扩展。

“3D打印已经消除了为每种设计创建模具的需要,因此我们可以实现以前无法实现的水泥基材料的这些独特性能,”Purdue材料工程教授Jeffrey Youngblood说。

该团队还使用微型CT扫描来更好地了解硬化3D打印水泥基材料的行为,并利用其弱特性,例如在打印层之间的“界面”处发现的孔隙区域,这促进了开裂。



这一发现最近在第一届RILEM混凝土和数字制造国际会议上发表。

由该组3D打印的一些生物活性水泥浆元素包括所谓的“蜂窝”,“柔顺”和“Bouligand”结构,这使得它们一旦硬化就能够设计特定的性能。例如,Bouligand建筑利用薄弱的界面使材料更具抗裂性,而柔顺的建筑使水泥基元件像弹簧一样,即使它们是由脆性材料制成。



该团队现在计划探索其他方法,可以设计水泥基元素来构建更具弹性的结构。

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