Przeglądając internet można natrafić na sensacyjne doniesienia, których autorzy wiążą duże nadzieje z rozwojem druku 3D z betonu do zastosowań budowlanych. Pojawiają się nawet entuzjastyczne doniesienia o budynkach drukowanych w zaledwie kilka godzin. Warto jednak pamiętać, że druk 3D z betonu nie jest pozbawiony wad, a jego praktyczne zastosowanie napotyka na szereg problemów technologicznych.
Ważne ograniczenie wiąże się z niską wytrzymałością na ściskanie świeżo naniesionej warstwy betonu cementowego, wynoszącą zaledwie 1,8 kPa. W konsekwencji, pod ciężarem kolejnych warstw materiału może dojść do wyboczenia konstrukcji. Na wstępne zastygnięcie betonu należy więc czekać około dziesięciu godzin, a w pełni wysycha on po niespełna miesiącu.
Zespół pod kierownictwem Devina Roacha, profesora inżynierii mechanicznej z Uniwersytetu Stanowego Oregonu, podjął się opracowania szybkoschnącej kompozycji materiałowej, opartej na surowcach naturalnych, która mogłaby stanowić alternatywę dla betonu cementowego w druku przestrzennym struktur budowlanych. Nowy materiał na bazie gliny, wzmocnionej domieszką włókien konopnych, piasku i sadzy, wzbogacono o akrylamidowe spoiwo monomerowe, ulegające polimeryzacji frontalnej pod wpływem ciepła. Reakcja ta przebiega na drodze samonapędzającej się reakcji chemicznej, wyzwalanej wskutek termicznej degradacji materiału inicjatora (nadsiarczanu amonu) i wykorzystuje MBA (N,N′-metylenobisakrylamid) jako czynnik sieciujący.
Odpowiedni dobór parametrów reakcji chemicznej i procesu druku umożliwia powiązanie prędkości ruchu dyszy ekstruzyjnej z szybkością przemieszczania się frontu polimeryzacji w materiale. Tym sposobem uzyskuje się efekt niemal natychmiastowego zastygania materiału, co umożliwia nie tylko zwiększenie wydajności druku, lecz także osiągnięcie wytrzymałości na poziomie 3 MPa bezpośrednio po ekstruzji i na poziomie 17 MPa, wymaganym przez normy budowlane – w trzy dni po naniesieniu. Opracowany materiał pozwala także na drukowanie niepodpartych struktur konstrukcyjnych, takich jak łuki drzwiowe i okienne.
news.oregonstate.edu
Gonsalves, N.A., Morgan, A., Thiele, H. et al.: 3D printing of sustainable infrastructure using rapid-set clay concrete with biobased additives, Adv Compos Hybrid Mater 8, 359, 2025
