Airlement: med 3D-print lette byggematerialer fra... affald

La 3D-udskrivning kan yde et enormt bidrag til udviklingen af ​​enbæredygtigt byggeri, startende med muligheden for at eksperimentere med materialer, der aldrig er brugt før, og teste nye byggeteknikker, der er i stand til at reducere forbrug og emissioner.

En forsker fra Det føderale polytekniske institut i Zürich brugt denne automatiserede teknologi til at producere nyt isolerende elementer let, helt fri for cement, fremstillet af mineralsk skum afledt af industriaffald. Det her mineralsk skum, som kan genbruges utallige gange, bearbejdes lag for lag takket være en 3D-printer på størrelse med et rum.

Den første prototype af projektet Airlement det er en to meter høj monolitisk hjørnesøjle, sammensat af fire 3D-printede segmenter holdt sammen af ​​simpel mørtel og dækket af cementfri hvid gips.

En mere bæredygtig cement er klar til fremtidens byggeri
Bæredygtigt byggeri: ... svampe-hovedpersonerne blandt de grønne materialer

Bæredygtig konstruktion og 3D-print: dette er ETH's forskning

L 'bæredygtigt byggeri har utallige deklinationer: udviklingen af smarte materialer og nye byggemetoder, den brug af upcycling og genbrug af ressourcer er grundlæggende elementer i en ny tilgang til konstruktioner dikteret først og fremmest af behovet for at designe og bebo rum designet til at være i harmoni med naturen.

Mere bæredygtige bygninger er dem, der gør det muligt at fremme en mere rationel brug af ressourcer takket være energieffektivitet, men også dem, de formår at kombinere miljømæssig og social bæredygtighed og som lover at kunne bygge uden at ty til meget dyre processer i forhold til ressourcer og energi.

I denne sammenhæng er det udvikling af nye materialer og byggeteknikker indtager en ledende rolle, som er i stand til at integrere videnskabsmænds ambitioner og behovene på et globalt marked, som, selv om det er ekstremt varieret, ikke længere kan lade være med at håndtere behovene hos en planet i smerte.

En af de seneste innovationer på emnet kommer fraArch Tec Lab for forskning og robotteknologi ved ETH på Hönggerberg campus. Her, forskeren Patrick Bedarf, der arbejder i gruppen Digitale byggeteknologier af professor Benjamin Dillenburger, har undersøgt en metode til at fremstille letvægts isolerende konstruktionselementer af komplekse formreducerende materialer takket være 3D-print.

Bæredygtigt byggeri starter med offentlige toiletter: projektet i Sri Lanka
RESKIN: det innovative smarte projekt for grønt byggeri

En tredimensionel printer på størrelse med et rum

La 3D printer brugt af Patrick Bedarf er lige så stor som et helt rum: adskillige robotarme hænger fra taget af hovedrummet i Arch Tec Lab, mens på jorden, på arbejdsplatforme og trækasser kommer mærkelige væsner, der ligner sandskulpturer, til live .

"Robotterne kan præcist bevæge sig til ethvert punkt i rummet“, forklarer Bedarf. “Vi planlægger ruten og specificerer, hvor de skal rejse og hvor hurtigt, samt hvor meget materiale der skal strømme fra printerhovedet, på hvilket tidspunkt og hvor det skal deponeres".

Med dette geniale system skabte ETH-forskeren den første prototype af Airlement-projektet, en colonna monolitisk hjørnestykke, to meter højt, sammensat af fire 3D-printede segmenter holdt sammen med mørtel.

I fire segmenter af søjlen er lette, lette at løfte manuelt for at blive stablet oven på hinanden: "Bygningsdele kan blot printes på fabrikken, transporteres til byggepladsen og placeres efter behov“, forklarer Bedarf.

"For at gøre komponenten mere robust kan den hule kerne støbes med mineralskum med høj densitet, hvilket gør den stærk nok til at fungere som en bærende struktur”. Men det er ikke kun teknikken, der er nyskabende i Bedarfs projekt.

Nul emissioner og bedre livskvalitet: "Det er Smart City"
I Luzern den første schweiziske etiske komité for Smart City-projekter

Airlements, "murstenene" lavet af asken fra højovne

For at skabe Airlements brugte Patrick Bedarf en bæredygtigt isoleringsmateriale produceret af ETH spin-off FenX: one mineralsk skum fremstillet af genbrugt industriaffald, især fra flyveaske opnået fra forbrændingsprocesser af industrielle højovne.

"Dette materiale har allerede gennemgået den første materialecyklus og kan simpelthen være det genbruges efter brug”, forklarer Bedarf, mens han smuldrer et stykke af det nye materiale mellem fingrene: når det er pulveriseret, er skummet klar til at blive genbruges.

"Hvis den del af bygningen ikke længere er nødvendig", siger forskeren, "det kan makuleres fuldstændigt og reduceres til pulver, klar til at blive omdannet til nyt skum". Og den er helt fri for cement, ligesom den puds, der blev brugt til den afsluttende behandling.

Hver eneste prototype kommer udskrevet på mindre end en time og efterlades til tørre i en uge inde i produktionsmiljøet, ved en kontrolleret temperatur mellem 20 og 28 grader celsius og med en luftfugtighed på 20-70 procent.

For at kontrollere den korrekte justering af luftfugtighed og temperatur, Patrick Bedarf byggede et specielt klimakammer, en stor gennemsigtig teltformet struktur, indeni hvilken printerrobotten bevæger sig langs den foruddefinerede bane.

Denne produktionsmetode, understreger forskeren, kræver ikke særlig forarbejdning høj energiintensitet: "Dette er et fremskridt i forhold til tidligere arbejde med cementfri skum, som skulle hærdes med cement eller efterfølgende hærdes ved høje temperaturer i ovnen".

Kemiens overraskelser: så plastikaffald bliver til sæbe
Mikroplastikforurening: Løsningen kommer fra planter

Bæredygtigt og økonomisk byggeri takket være automatisering

Den nye metode via 3D-print giver dig mulighed for bruge mindre materiale: for eksempel kræver det ikke brug af forskalling til støbning, en struktur, der kun delvist kan genbruges, og som i dag kan skæres direkte fra listen over nødvendige ressourcer.

Kombinationen af ​​3D-print og robotteknik gør det muligt at producere hele dele af specialfremstillede bygninger meget økonomisk: "Uden automatisering”, forklarer forskeren, ”Traditionelle byggemetoder, der sparer på materialer, er meget tidskrævende og dyre, især på grund af arbejdsomkostninger".

Patrick Bedarf vil fortsætte med at udvikle projektet i samarbejde med FenX, som vil dedikere en hel produktionslinje til Airlements: "Vi vil grundigt analysere bæreevnen og isoleringsegenskaberne", forklarer Bedarf, "at bestemme, hvordan dette materiale fungerer som et vægelement i et lukket rum".

"Infrarøde målinger", konkluderer forskeren, "de vil hjælpe os med at bestemme, hvor termisk isolering kan forbedres yderligere, og hvordan man kan eliminere eventuelle svage punkter ved at justere printbanen".

Klimaændringer: Schweiz allieret sig med Chile, Kenya og Tunesien
Innovation Park: en fremtidig Blockchain-formateret by i ørkenen