¿Qué pasaría si las debilidades inherentes de un material realmente fortalecieran las casas y los edificios durante los incendios forestales y los terremotos?

Los investigadores de la Universidad de Purdue tienen pasta de cemento impresa en 3-D, un ingrediente clave del hormigón y el mortero utilizados para construir varios elementos de infraestructura, que se vuelve más resistente bajo presión como los caparazones de artrópodos como langostas y escarabajos. La técnica podría eventualmente contribuir a estructuras más resilientes durante desastres naturales.

"La naturaleza tiene que lidiar con las debilidades para sobrevivir, por lo que estamos utilizando las debilidades 'integradas' de los materiales a base de cemento para aumentar su tenacidad, "dijo Jan Olek, profesor de la Escuela de Ingeniería Civil Lyles de Purdue.

La idea sería utilizar diseños inspirados en conchas de artrópodos para controlar cómo se propaga el daño entre las capas impresas de un material. como intentar romper un montón de espaguetis crudos en lugar de uno solo.

"Los exoesqueletos de los artrópodos tienen mecanismos de endurecimiento y propagación de grietas que podemos reproducir en pasta de cemento impresa en 3D, "dijo Pablo Zavattieri, Profesor de Purdue de ingeniería civil.

Materiales a base de cemento impresos en 3D, como pasta de cemento, mortero y hormigón:daría a los ingenieros más control sobre el diseño y el rendimiento, pero los tecnicismos se han interpuesto en el camino de su ampliación.

Los ingenieros de Purdue son los primeros en utilizar la impresión 3-D para crear estructuras bioinspiradas utilizando pasta de cemento, como se muestra en un artículo publicado y en el frontispicio de una próxima edición impresa de la revista Materiales avanzados .

"La impresión 3D ha eliminado la necesidad de crear un molde para cada tipo de diseño, para que podamos lograr estas propiedades únicas de los materiales a base de cemento que antes no eran posibles, "dijo Jeffrey Youngblood, Profesor de Purdue de ingeniería de materiales.

El equipo también está utilizando escáneres micro-CT para comprender mejor el comportamiento de los materiales a base de cemento endurecidos impresos en 3D y aprovechar sus características débiles. como las regiones de poros que se encuentran en las "interfaces" entre las capas impresas, que promueven el agrietamiento. Este hallazgo fue presentado recientemente en la 1ra Conferencia Internacional RILEM sobre Fabricación Digital y Concreto.

"La impresión 3D de materiales a base de cemento proporciona control sobre su estructura, lo que puede conducir a la creación de más daños y elementos estructurales tolerantes a fallas como vigas o columnas, "dijo Mohamadreza" Reza "Moini, un Ph.D. de Purdue candidato de ingeniero civil.

El equipo se inspiró inicialmente en el camarón mantis, que conquista a su presa con un apéndice de "garrote dáctilo" que se endurece con el impacto a través de grietas retorcidas que disipan la energía y evitan que el garrote se desmorone.

Algunos de los elementos de pasta de cemento bioinspirados diseñados y fabricados por el equipo utilizando técnicas de impresión 3-D incluyen el "panal, diseños "" conformes "y" Bouligand ", llamadas "arquitecturas".

Cada una de estas arquitecturas permitió nuevos comportamientos en un elemento impreso en 3D una vez endurecido. La arquitectura Bouligand, por ejemplo, aprovecha las interfaces débiles para hacer que un material sea más resistente a las grietas, Considerando que la arquitectura compatible hace que los elementos a base de cemento actúen como un resorte, a pesar de que están hechos de material quebradizo.

El equipo planea explorar otras formas en que los elementos a base de cemento podrían diseñarse para construir estructuras más resistentes.