Airlement: med 3D-utskrift lätta byggmaterial från... avfall

La Skriv 3D kan ge ett enormt bidrag till utvecklingen av enhållbar byggnad, börja med möjligheten att experimentera med material som aldrig använts tidigare och testa nya konstruktionstekniker som kan minska förbrukning och utsläpp.

En forskare från Federal Polytechnic i Zürich använde denna automatiserade teknik för att producera nytt isolerande element lätt, helt fri från cement, tillverkad av mineralskum härrörande från industriavfall. Detta mineralskum, som kan återanvändas otaliga gånger, bearbetas lager för lager tack vare en 3D-skrivare i storleken av ett rum.

Den första prototypen av projektet Airlement det är en två meter hög monolitisk hörnpelare, sammansatt av fyra 3D-printade segment som hålls samman av enkelt murbruk och täckta med cementfri vit gips.

En mer hållbar cement är redo för framtidens byggande
Hållbart byggande:... svamparnas huvudpersoner bland de gröna materialen

Hållbart byggande och 3D-utskrift: detta är ETH:s forskning

L 'hållbar byggnad har otaliga deklinationer: utvecklingen av smarta material och nya byggmetoder, den användning av upcycling och återanvändning av resurser är grundläggande delar av en nytt tillvägagångssätt till konstruktioner som först och främst dikteras av behovet av att designa och bebo utrymmen utformade för att vara i harmoni med naturen.

Mer hållbara byggnader är de som tillåter att uppmuntra en mer rationell användning av resurser tack vare energieffektivitet, men också de som de lyckas kombinera sostenibilità ambientale e social och som lovar att kunna bygga utan att ta till resurs- och energimässigt mycket dyra processer.

I detta sammanhang är det utveckling av nya material och konstruktionsteknik tar en ledande roll, kapabel att integrera forskarnas ambitioner och behoven på en global marknad som, även om den är extremt varierad, inte längre kan låta bli att hantera behoven hos en planet i smärta.

En av de senaste innovationerna i ämnet kommer frånArch Tec Lab av forskning och robotik vid ETH, på Hönggerberg campus. Här, forskaren Patrick Bedarf, som arbetar i gruppen Digital byggnadsteknik av professor Benjamin Dillenburger, har studerat en metod att producera lätta isolerande konstruktionselement av komplexa formreducerande material tack vare 3D-utskrift.

Hållbart byggande börjar med offentliga toaletter: projektet i Sri Lanka
RESKIN: det innovativa smarta projektet för grönt byggande

En tredimensionell skrivare i storleken av ett rum

La 3d skrivare som används av Patrick Bedarf är lika stor som ett helt rum: många robotarmar hänger från taket i huvudrummet i Arch Tec Lab, medan på marken, på arbetsplattformar och trälådor, märkliga varelser som liknar sandskulpturer kommer till liv .

"Robotarna kan flytta exakt till vilken punkt som helst i rummet", förklarar Bedarf. "Vi planerar rutten och anger vart de ska resa och hur snabbt, samt hur mycket material som behöver rinna från skrivarhuvudet, vid vilken tidpunkt och var det ska deponeras".

Med detta geniala system skapade ETH-forskaren den första prototypen av Airlement-projektet, en Colonna monolitiskt hörnstycke, två meter högt, sammansatt av fyra 3D-printade segment som hålls samman med murbruk.

I fyra segment av pelaren är lätta, lätta att lyfta manuellt för att staplas ovanpå varandra: "Byggnadsdelar kan enkelt tryckas i fabriken, transporteras till byggarbetsplatsen och placeras vid behov", förklarar Bedarf.

"För att göra komponenten mer robust kan den ihåliga kärnan gjutas med högdensitets mineralskum, vilket gör den tillräckligt stark för att fungera som en bärande struktur”. Men det är inte bara tekniken som är nyskapande i Bedarfs projekt.

Noll utsläpp och bättre livskvalitet: "Det är smart stad"
I Luzern den första schweiziska etiska kommittén för Smart City-projekt

Airlements, "tegelstenarna" gjorda av askan från masugnar

För att skapa Airlements använde Patrick Bedarf en hållbart isoleringsmaterial producerad av ETH spin-off FenX: en mineralskum tillverkad av återvunnet industriavfall, särskilt från flygaska erhålls från förbränningsprocesser i industriella masugnar.

"Detta material har redan gått igenom den första materialcykeln och kan helt enkelt vara det återvinns efter användning”, förklarar Bedarf medan han smula sönder en bit av det nya materialet mellan fingrarna: när skummet har pulveriserats är det redo att återanvänds.

"Om byggnadsdelen inte längre behövs", säger forskaren, "det kan strimlas helt och reduceras till pulver, redo att omvandlas till nytt skum". Och det är helt fritt från cement, som putsen som används för slutbehandlingen.

Varenda prototyp kommer skrivs ut på mindre än en timme och låt torka en vecka inne i produktionsmiljön, vid en kontrollerad temperatur mellan 20 och 28 grader Celsius och med en luftfuktighet på 20-70 procent.

För att kontrollera korrekt justering av luftfuktighet och temperatur, Patrick Bedarf byggde en speciell klimatkammare, en stor transparent tältformad struktur inuti vilken skrivarroboten rör sig längs den fördefinierade banan.

Denna produktionsmetod, understryker forskaren, kräver ingen speciell bearbetning hög energiintensitet: "Detta är ett framsteg på tidigare arbete med cementfria skum, som måste härdas med cement eller därefter härdas vid höga temperaturer i ugnen".

Kemins överraskningar: hur plastavfall blir tvål
Mikroplastisk förorening: lösningen kommer från växter

Hållbar och ekonomisk konstruktion tack vare automatisering

Den nya metoden via 3D-utskrift låter dig använda mindre material: till exempel kräver det inte användning av formsättning för gjutning, en struktur som endast delvis kan återanvändas och som idag kan skäras direkt från listan över nödvändiga resurser.

Kombinationen av 3D-utskrift och robotik gör att hela delar av specialtillverkade byggnader kan produceras mycket ekonomiskt: "Utan automatisering”, förklarar forskaren, ”Traditionella byggmetoder som sparar på material är mycket tidskrävande och dyra, särskilt på grund av arbetskostnaderna".

Patrick Bedarf kommer att fortsätta utveckla projektet i samarbete med FenX, som kommer att ägna en hel produktionslinje till Airlements: "Vi kommer att noggrant analysera bärförmågan och isoleringsegenskaperna”, förklarar Bedarf, ”för att bestämma hur detta material fungerar som ett väggelement i ett slutet rum".

"Infraröda mätningar”, avslutar forskaren, ”de hjälper oss att avgöra var värmeisoleringen kan förbättras ytterligare och hur man eliminerar eventuella svaga punkter genom att justera utskriftsbanan".

Klimatförändringar: Schweiz allierade sig med Chile, Kenya och Tunisien
Innovation Park: en framtida Blockchain-formaterad stad i öknen