Le tout premier élément de pâte de ciment imprimé en 3D bio-inspiré est prometteur pour rendre l'infrastructure plus résistante aux charges mécaniques, comme celles qui surviennent lors de catastrophes naturelles. Crédit :Purdue University Concrete 3D Printing Team/Mohamadreza Moini
Et si les faiblesses inhérentes à un matériau rendaient les maisons et les bâtiments plus solides lors des incendies de forêt et des tremblements de terre ?
Les chercheurs de l'Université Purdue ont de la pâte de ciment imprimée en 3D, un ingrédient clé du béton et du mortier utilisés pour construire divers éléments d'infrastructure, qui devient plus dure sous la pression comme les coquilles d'arthropodes comme les homards et les coléoptères. La technique pourrait éventuellement contribuer à des structures plus résilientes lors de catastrophes naturelles.
"La nature doit faire face à des faiblesses pour survivre, nous utilisons donc les faiblesses « intrinsèques » des matériaux à base de ciment pour augmenter leur ténacité, " a déclaré Jan Olek, professeur à la Lyles School of Civil Engineering de Purdue.
L'idée serait d'utiliser des conceptions inspirées des coquilles d'arthropodes pour contrôler la propagation des dommages entre les couches imprimées d'un matériau, comme essayer de casser un tas de nouilles spaghetti non cuites par opposition à une seule nouille.
"Les exosquelettes des arthropodes ont des mécanismes de propagation et de durcissement des fissures que nous pouvons reproduire dans de la pâte de ciment imprimée en 3D, " a déclaré Pablo Zavattieri, Professeur Purdue de génie civil.
Matériaux à base de ciment imprimés en 3D, tels que la pâte de ciment, mortier et béton - donnerait aux ingénieurs plus de contrôle sur la conception et les performances, mais des détails techniques ont empêché leur mise à l'échelle.
Les ingénieurs de Purdue sont les premiers à utiliser l'impression 3D pour créer des structures bio-inspirées à l'aide de pâte de ciment, comme indiqué dans un article publié et le frontispice d'un prochain numéro imprimé de la revue Matériaux avancés .
"L'impression 3D a supprimé le besoin de créer un moule pour chaque type de conception, afin que nous puissions obtenir ces propriétés uniques des matériaux à base de ciment qui n'étaient pas possibles auparavant, " a déclaré Jeffrey Youngblood, Professeur Purdue de génie des matériaux.
L'équipe utilise également des micro-scans pour mieux comprendre le comportement des matériaux à base de ciment durcis imprimés en 3D et tirer parti de leurs faibles caractéristiques, telles que les régions de pores trouvées aux "interfaces" entre les couches imprimées, qui favorisent la fissuration. Cette découverte a récemment été présentée lors de la 1ère conférence internationale RILEM sur le béton et la fabrication numérique.
« L'impression 3D de matériaux à base de ciment permet de contrôler leur structure, ce qui peut conduire à la création d'éléments structurels plus endommagés et tolérants aux défauts comme des poutres ou des colonnes, " dit Mohamadreza " Reza " Moini, un doctorat Purdue. candidat en génie civil.
