Новый метод аддитивного производства сочетает микробную цементацию с послойным уплотнением песка для получения геометрически сложных низкоуглеродистых бетонных конструкций без использования традиционного цемента.
Исследователи из Штутгартского университета разработали метод 3D-печати биобетона , использующий живые бактерии для связывания уплотненного песка в несущие конструкции — без использования традиционного цемента. Работа, опубликованная в журнале npj Advanced Manufacturing , направлена на решение распространенной проблемы в этой области: в настоящее время на производство цемента приходится около 8% мировых выбросов CO₂.
Этот процесс основан на микробиологически индуцированном осаждении карбоната кальция (MICP), биологическом механизме, при котором бактерии расщепляют мочевину и запускают образование кристаллов карбоната кальция, которые связывают песчинки вместе. Хотя MICP изучался для таких применений, как стабилизация грунта и простое производство кирпича, команда из Штутгарта стремилась распространить его на геометрически сложные формы, изготавливаемые аддитивным способом.
Производственный процесс
Метод основан на модифицированном бытовом 3D-принтере, оснащенном перистальтическим насосом для дозирования. Вместо экструзии материала принтер избирательно наносит суспензию бактерий Sporosarcina pasteurii по заданным траекториям во влажной песчаной смеси с размером частиц от 0,063 до 2 мм.
Ключевым отличием от более ранних подходов к печати биобетоном является внедрение активного уплотнения печатной платформы: после добавления каждого слоя песка пневматический поршневой вибратор уплотняет его перед нанесением бактериальной суспензии. Это увеличивает плотность упаковки и, как следствие, прочность на сжатие.
Для предотвращения миграции бактерий во время последующих циклов цементации песчаную смесь предварительно увлажняли раствором хлорида кальция (CaCl₂). После печати герметичный слой подвергали 20 циклам погружения в раствор мочевины и CaCl₂ в течение нескольких дней для полного затвердевания.
Результаты и ограничения
Испытания на прочность при сжатии двух комплектов цилиндров, изготовленных методом 3D-печати в малом масштабе — диаметром 25 мм и высотой 30 мм — показали средние значения предела прочности при одноосном сжатии (UCS) 11 МПа и 17 МПа соответственно. Эти показатели превышают минимальное требование в 2,5 МПа для бетонных блоков из заполнителя согласно немецким стандартам, хотя и не достигают порогового значения в 20 МПа для железобетонных сборных железобетонных элементов.
Также была изготовлена и отсканирована в 3D более сложная по геометрическим параметрам тестовая конструкция диаметром 90 мм и высотой 80 мм. Отклонения в размерах варьировались от −4 до +4 мм, при этом основной причиной неточности была определена деформация, вызванная уплотнением как в горизонтальной плоскости, так и по вертикальной оси.
Исследователи отметили, что тонкие пористые структуры с высоким соотношением площади поверхности к объему лучше всего подходят для данного процесса из-за ограничений на глубину проникновения цементирующего раствора в более плотные структуры.
Команда определила фасадные панели как ближайшую перспективу применения, учитывая существующие ограничения по несущей способности этого процесса, и отметила внеземное строительство — в частности, изготовление лунных жилых модулей — как более долгосрочную возможность, учитывая предыдущие исследования по производству кирпича на основе технологии MICP из лунного реголита.
Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства. Теперь полный цикл «принцип одного окна». Более 10 лет успешной разработки в сфере аддитивных технологий.
По всем вопросам обращаться (круглосуточно):
телеграм — https://t.me/fidller (лучше max или звонить)
max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ
почта — shope@fidller.com
вк — https://vk.com/3d_krd_123
группа в max https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
Наши ресурсы:
все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd
теперь и max — https://max.ru/join/VFTRpp8v45PETzoL4RDGQi44sSjpSvRz5kDtyeyXiQE
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.