El robot de impresión 3D permite la construcción sostenible

El robot de impresión 3D permite la construcción sostenible


14 de mayo de 2022

(Noticias de Nanowerk) El Complejo de Laboratorio de Infraestructura Civil de Bovay en la Universidad de Cornell tiene un nuevo inquilino: un robot industrial de aproximadamente 6,000 libras capaz de imprimir en 3D estructuras a gran escala que potencialmente podrían transformar la industria de la construcción al hacerla más eficiente y sostenible mediante el uso de los desechos de la construcción tradicional. fabricación de materiales.

El proceso de impresión 3D, también conocido como fabricación aditiva, ya ha dado lugar a avances en la biomedicina y la creación de prototipos de productos. Sin embargo, cuando se trata de grandes proyectos de construcción, quedan muchas preguntas sobre cómo funcionarán las estructuras impresas en 3D en el mundo real.

Con su capacidad para probar y validar materiales y estructuras fabricados de todos los tipos y tamaños, el laboratorio de Bovay es especialmente adecuado para someter la impresión 3D a gran escala a los movimientos, las tensiones y las tensiones.

Cornell es ahora una de las pocas universidades en los EE. UU. que tiene dicho sistema. Según Derek Warner, profesor de ingeniería civil y ambiental, no solo permitirá a los profesores de la Facultad de Ingeniería realizar investigaciones de construcción robótica, sino que también brindará a los estudiantes experiencia práctica en el campo tecnológico de rápido crecimiento de la infraestructura civil.

«Los robots de albañilería (colocación de ladrillos), la impresión con plásticos reciclados y la impresión a gran escala con metal son áreas emocionantes con mucho espacio para el crecimiento, tanto en términos de ciencia y comprensión como en términos de tecnología e ingeniería», dijo Warner. . «La escala de muchos de los fenómenos que impulsan los procesos de construcción es tal que deben estudiarse a una escala coherente con la que se utilizan. Lo mismo es cierto para algunos de los fenómenos que controlan el desempeño. Además, siempre están las sorpresas desconocidas que vienen con la ampliación temprana con nueva tecnología”.

El sistema robótico industrial IRB 6650S llegó en febrero y, durante los últimos meses, el laboratorio se ha capacitado en el uso del sistema robótico, que es esencialmente un brazo articulado largo, que ejecuta una variedad de impresiones de prueba de tamaño mediano, incluidos bancos y jardineras, incluso un C mayúscula en el tipo de letra Cornell. James Strait, gerente de servicios técnicos de Boyay Lab, y Sriramya Nair, profesora asistente de ingeniería civil y ambiental, supervisan la impresión 3D de una letra C mayúscula James Strait, gerente de servicios técnicos en Boyay Lab, y Sriramya Nair, profesora asistente de ingeniería civil y ambiental, supervisan la impresión 3D de una letra C mayúscula en el tipo de letra Cornell. (Imagen: Universidad de Cornell)

«El sistema robótico es versátil y flexible», dijo Sriramya Nair, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental. “Una de las cosas para las que lo usamos es para imprimir concreto en 3D, pero también se puede usar de otras maneras. Puede conectar una soldadora o un sistema láser. Puede apilar ladrillos o atar barras de refuerzo. Muchos procesos tediosos se pueden automatizar”.

El robot se sienta en una pista de 12 pies con un alcance circular de aproximadamente 12 pies para un área de cobertura total de hasta 8 pies por 30 pies, aunque el laboratorio no espera imprimir nada tan grande, según James. Estrecho, jefe de tecnología Bovay Lab Services.

Operar el sistema es trabajo en equipo. Un grupo de personas mezcla una lechada previamente medida y agrega aditivos, como un superplastificante, que reduce el contenido de agua de la mezcla y mejora el flujo a través de la manguera. Otro grupo opera los controles del robot para regular la cantidad de aditivo que pasa por el sistema. Cuando la mezcla llega al cabezal y la boquilla del extrusor del robot, se introduce un aditivo endurecedor para espesar el material a medida que se vierte.

Encontrar la consistencia adecuada puede ser un desafío. Llámalo el Dilema de Ricitos de Oro.

“Las capas inferiores deben ser lo suficientemente rígidas para contener la siguiente capa que se va a imprimir. Pero no pueden ser tan rígidos que no se adhieran a ellos cuando se imprima la siguiente capa», dijo Strait. «Tienes que crear la adhesión allí, pero no puedes tenerla tan suave que se salga».

El proceso requiere mucha mano de obra, pero cuando se realiza con éxito, la impresión 3D elimina la necesidad de moldes de fundición y también permite la creación de formas no convencionales, ajustes que desperdician menos material.

“Cada vez que está vaciando concreto vertido, como para una acera, tiene que alinear todos los moldes. Se necesita trabajo, material, hay que replantearlo todo. Todas estas cosas toman mucho tiempo», dijo Strait. “Cada vez que haces un cambio en una estructura de concreto, tienes que modificar el molde o conseguir un molde nuevo y eso requiere mucho trabajo. Esto es mucho más difícil que ir a un programa de computadora y decir: «¿Quieres eso redondeado?» Hacer clic. Unas pocas horas y listo”.

Un grupo dirigido por Sriramya Nair, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental, a la izquierda, prepara mortero para impresión 3D en el laboratorio de Bovay.

Nair planea incorporar el sistema en una nueva clase que impartirá en el otoño, Sostenibilidad y automatización: el futuro de la industria de la construcción, que ayudará a preparar a los estudiantes para los próximos cambios en su campo.

«Les estamos dando la oportunidad de aprender algo que es innovador y está sucediendo ahora mismo», dijo Nair. «Cuanto más saben, más pueden ser defensores del cambio, pero también saben dónde pueden estar los límites».

Por el momento, el sistema está impreso en 3D con lechada, que técnicamente es una pasta con agregado de hasta 4 milímetros de tamaño. Cualquier cosa más grande podría atascarse y dañar el sistema de la bomba. Sin embargo, el equipo de Nair tiene la intención de construir su propio cabezal extrusor para imprimir hormigón reforzado con fibra de acero, que utiliza agregados más grandes que pueden soportar cargas más pesadas. Esto allanará el camino para que el laboratorio imprima en 3D y pruebe los componentes completos del puente.

Nair también espera que su grupo pueda hacer su propia mezcla para imprimir, en lugar de depender del material premezclado del fabricante.

«La huella de carbono de estos materiales es actualmente muy alta», dijo. «Así que ese es otro objetivo para reducir la huella de carbono asociada con los materiales impresos en 3D».



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