Βιώσιμη κατασκευαστική καινοτομία: Η τρισδιάστατη εκτύπωση φέρνει επανάσταση στη βιομηχανία σκυροδέματος!

Βιώσιμη κατασκευαστική καινοτομία: Η τρισδιάστατη εκτύπωση φέρνει επανάσταση στη βιομηχανία σκυροδέματος!

Ο κατασκευαστικός κλάδος αντιμετωπίζει την επείγουσα πρόκληση της σημαντικής μείωσης της κατανάλωσης πόρων και των εκπομπών CO2. Μια πολλά υποσχόμενη λύση σε αυτό το πλαίσιο είναι η έρευνα στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας Σωματιδίων στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μπράουνσβαϊγκ και στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου. Η εστίαση εδώ είναι στην ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον υλικών, με ιδιαίτερη έμφαση στην τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης «Selective Paste Intrusion» (SPI). Αυτή η καινοτόμος μέθοδος στοχεύει στην ανάκτηση ανακυκλωμένων σωματιδίων από ανακυκλωμένο σκυρόδεμα από κατεδαφισμένα κτίρια, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει σε πιο βιώσιμη κατασκευή μακροπρόθεσμα.

Η τεχνολογία SPI φέρνει επανάσταση στην κατασκευή σκυροδέματος κατανέμοντας τα αδρανή σε λεπτές στρώσεις και συγκολλώντας τα με τσιμεντοπολτό. Η βαθιά κατανόηση της τεχνολογίας των σωματιδίων είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης και της βιωσιμότητας στις κατασκευές. Το φρέσκο ​​σκυρόδεμα αποτελείται από νερό, τσιμέντο και αδρανή όπως άμμος και χαλίκι. Ωστόσο, η ανακύκλωση σκυροδέματος είναι ένα πολύπλοκο έργο, επειδή οι κόκκοι του πετρώματος συνδέονται με τη μήτρα του τσιμέντου.

Μηχανική σύνθλιψη και χρήση ανακυκλωμένου σκυροδέματος

Για την προετοιμασία του σκυροδέματος χρησιμοποιούνται δύο μέθοδοι μηχανικής σύνθλιψης: πρώτον, πρόσκρουση σωματιδίου σε σκληρή επιφάνεια και δεύτερον, θλιπτική και διατμητική τάση μεταξύ δύο επιφανειών, με την δεύτερη να προτιμάται. Η επιλεκτική κοπή επιτρέπει στο υλικό να διασπαστεί με ελεγχόμενο τρόπο, αφήνοντας ανέπαφους τους κόκκους του πετρώματος. Μετά τη σύνθλιψη, τα σωματίδια ταξινομούνται και καθαρίζονται έτσι ώστε τα χονδροειδή αδρανή να μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για την παραγωγή νέων οικοδομικών υλικών. Τα λεπτά σωματίδια τσιμέντου, από την άλλη πλευρά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πρόσθετο στην πάστα τσιμέντου. Ωστόσο, οι αυστηροί κανονισμοί για την επαναχρησιμοποίηση του ανακυκλωμένου σκυροδέματος συχνά εμποδίζουν την αποτελεσματική χρήση πολύτιμων υλικών.

Εδώ μπαίνει στο παιχνίδι η τεχνολογία SPI, δημιουργώντας έναν βιώσιμο κύκλο και καθιστώντας δυνατή την παροχή μιας δεύτερης ευκαιρίας στα πεταμένα υλικά. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να επιφέρει σημαντικές μακροπρόθεσμες αλλαγές στον κατασκευαστικό κλάδο.

Το SPI και η εφαρμογή του στην πράξη

Οι εταιρείες Scawo3D και Skeno παρουσίασαν την τεχνολογία SPI στο BAU 2025 στο Μόναχο. Η καινοτόμος μέθοδος τρισδιάστατης εκτύπωσης σκυροδέματος χρησιμοποιεί μια νέα κεφαλή εκτύπωσης inkjet που εναποθέτει πάστα τσιμέντου μέσα σε χαλαρά αδρανή για την αποτελεσματική υλοποίηση πολύπλοκων δομών. Η ενσωμάτωση εργαλείων σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή, όπως το Spherene for Rhino/Grasshopper, επιτρέπει τη δημιουργία λεπτών γεωμετριών και βελτιστοποιημένη δομική απόδοση. Κατά τη διάρκεια της εμπορικής έκθεσης, το εκθεσιακό περίπτερο χρησίμευσε όχι μόνο ως επίδειξη, αλλά και ως ερευνητικό παράδειγμα για εφαρμογές SPI σε φέρουσες κατασκευές.

Το περίπτερο, με επιφάνεια 25 m² και οπίσθια τοιχώματα ύψους 3 m, περιείχε κατασκευές Spherene χωρισμένες σε έξι μονάδες βάρους μεταξύ 150 και 320 kg. Ένας κεντρικός τοίχος που έφερε το λογότυπο της Scawo3D ήταν τμηματοποιημένος για αποτελεσματική μεταφορά. Επιπλέον, παρουσιάστηκε μια τρισδιάστατη εκτυπωμένη σκάλα σε συνεργασία με τους Skeno και Timo Harboe, καταδεικνύοντας την ικανότητα της SPI να παράγει πολύπλοκες, φέρουσες κατασκευές. Η όλη διαδικασία περιελάμβανε ένα στρώμα μεγάλου σωματιδίου (4 x 2,5 x 1,5 μέτρα) και ακολουθούσε μια τεχνική στρώσης προς στρώση για ακρίβεια.

Η ταχεία μέθοδος κατασκευής της τεχνολογίας SPI μειώνει τον χρόνο παραγωγής και ελαχιστοποιεί τη σπατάλη υλικών σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους κατασκευής σκυροδέματος. Για τη βάση BAU 2025, τα πίσω πάνελ εκτυπώθηκαν σε μία μόνο συνεδρία μόλις έξι ωρών, χρησιμοποιώντας ελαφρύ διογκωμένο πηλό υλικό. Τα υπόλοιπα συστατικά παρήχθησαν μέσα σε τέσσερις ώρες χρησιμοποιώντας αδρανή άμμου που περιέχουν χαλαζία. Τέτοιες προηγμένες μέθοδοι κατασκευής καταδεικνύουν δυναμικά τις δυνατότητες του SPI και των εργαλείων σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή για τον επαναπροσδιορισμό των αρχιτεκτονικών δυνατοτήτων και την προώθηση βιώσιμων κατασκευαστικών πρακτικών. Η συνεργασία μεταξύ των Scawo3D, Skeno και Spherene σηματοδοτεί μια σημαντική πρόοδο στον τομέα της ψηφιακής κατασκευής στην αρχιτεκτονική σκυροδέματος.