Yumurta Kabuğu Yöntemi: 3D Beton Baskı ile Ultra İnce Yapılar

İsviçre, Zürih’ten araştırmacılar, son zamanlarda yayımlanan “Yumurta Kabuğu: Beton Yapılar için Üç Boyutlu Olarak Basılmış Ultra İnce Kalıplar” isimli çalışmalarını detaylandırarak yapımda ilerici teknikleri araştırmaya devam ediyor.

Dünyanın dört bir yanındaki endüstriyel kullanıcılar sağlam yapı üretiminde beton kullanımını tercih ediyor. Sayısız köprü, ofis ve konut örneklerinden de anlaşılacağı gibi, günümüzde 3D beton baskı kullanımı oldukça yaygın. Dünya çapında birçok teknik kullanılırken, 3D baskı gibi yöntemler çoğunlukla beton kalıplarının oluşturulması sırasında ortaya çıkan karmaşıklıklar nedeniyle beklenildiği kadar sık tercih edilmiyor. 

Bu çalışmada araştırmacılar, standart dışı şekillerdeki beton yapıların etkili bir şekilde inşa edilmesini sağlayan yumurta kabuğu üretiminin potansiyelini araştırıyorlar.  Yumurta Kabuğu yöntemi, kullanıcıların 3D baskı robot teknolojisi eşliğinde büyük ölçekli projeler yürütmesini sağlayan ve 1,5 mm kalınlığında termoplastik kabuğun bir kalıp olarak kullanılabildiği bir yöntemdir.

Araştırmacılar, Yumurta Kabuğu yönteminin sipariş usulü üretime imkân sağlayarak yapı malzemeleri üretiminde israfı en aza indirmeyi ve donatı eklenmesini mümkün kılmayı amaçladığını belirtti.

Yumurta Kabuğu sürecinde, döküm kimyası ve işlemesinden yararlanılırken aynı zamanda, geleneksel donatı kullanma özelliğini koruyarak, karmaşık geometrik şekiller için bir dizi seçenek sunar.

Üç dallı beton kolon üretimi için Yumurta Kabuğu yöntemi.
Kalıp malzemesi: polietilen tereftalat glikol, tabaka yüksekliği: 25-45 mm / sn. baskı hızıyla 1,0 mm, toplam imalat süresi: 210 dk.

Kalıp önce basılıp doldurulabildiğinden (beton gibi ağır bir malzeme ile), hareket ettirildiğinde dahi burkulma riski daha azdır.

Yumurta Kabuğu üretim sürecinin şematik gösterimi: (A) Beton pompası. (B) Uzaktan malzeme geri bildirimi sistemi. (C) Kontrol sistemi. (D) Sıralı mikser. (E) Dikey doğrusal eksen. (F) Altı eksenli robotik kol. (G) Donatı. (H) Ekstrüder ve uç efektörü. (I) Üç boyutlu basılmış kalıp.

Yumurta Kabuğu genellikle aşağıdaki adımları içeriyor:

  1. Geometrik tasarım
  2. Makine kodu üretimi
  3. Prizi geciktirilmiş betonun hazırlanması
  4. Kalıbın baskısı ve eş zamanlı gerçekleşen istek üzerine yapılan döküm
  5. Donatı
  6. Kalıbın sökülmesi ve geri dönüşüm

1,2 x 1,2 x 3,6 m yapı hacmine sahip altı eksenli bir robotik kol kurulumu kullanan araştırmacılar üç eksenli bir kızak sisteminin de kullanabileceğine dikkat çektiler. 3D yazıcının çerçeveyi basabilmesinin sırrı robotik kola bağlı olan ekstrüder ve uç efektöründe yatıyor. 1,5 mm çapında bir ağza sahip olan ekstrüder, standart filament kullanıyor.

1000 mm Sabit Çevre Uzunluğunda Farklı Malzeme ve Aletlerle Elde Edilebilen Maksimum Dikey Baskı Oranı (250 mm x 250 Düz Kolon)

Araştırmacılar, “Beton malzeme kendi kendini 1-2 saatliğine taşıyabilse de, kalıbı yerinde daha uzun süre bırakmak daha iyi kürlenme koşulları sağlıyor. Kalıp 1-3 gün sonra bir ısı tabancası ve pense kullanılarak çıkarılabilir. Malzeme geri dönüştürülmeden önce içinde bulunan beton kalıntıları yıkanmalıdır. Kalıbın geri dönüştürülmesi teoride mümkün gibi görünse de, henüz deneysel olarak kanıtlanmadı.” şeklinde belirtti.

Tabaka yüksekliğine göre değişen baskı hızı grafiği. Sürekli çizgi, 2,5 mm / dk.lık bir DBH’yi göstermektedir. Kesikli olan çizgi ise, sabit çevre uzunluğu 1000 mm olan düz bir kolon için 7,5 mm’lik bir DBH’yi göstermektedir. Alan 1 tabakalar arasında soğuk derz ile sonuçlanan 0<2,5 mm / dk.lık DBH’yi, alan 2 tatmin edici bir yüzey kalitesiyle sonuçlanan 2,5 < 7,5 mm / dk.lık bir DBH’yi, alan 3 ise kalıbın kırılması ile sonuçlanan > 7,5 mm / dk.lık bir DBH’yi göstermektedir. Bu üç veri grubu, bu bölümün ilk kısmında yer alan DBH ile ilgili deneylerin parametrelerini içermektedir. DBH, dikey baskı hızı anlamına gelmektedir.

1600 mm uzunluğundaki 3D olarak basılan bir prototip 450 dakikada dolduruldu. DBH  yaklaşık olarak 3,5 mm / dk. olarak ortaya çıkarken tabaka yüksekliği 1,2 mm ve baskı hızı 45 mm / sn. idi.

Araştırmacılar, betonunun 10 ila 30 mm arasında değişen katmanlara her beş dakikada bir döküldüğünü belirtti. “Hat-içi malzeme işleme sistemi kullanıldı, fakat beton kalıplara manuel olarak döküldü. DBH 2,5 mm / dk.dan yüksek olduğundan tabakalar arasında soğuk derze rastlanmadı.”

Bin altı yüz milimetre uzunluğundaki prototip, 450 dakikada, 1,2 mm tabaka yüksekliğinde, 45 mm/sn. baskı hızıyla, ortalama 3,5 mm / dk.lık bir DBH ile basıldı.

İkinci yapı, karmaşık geometrik şekillerin üretim potansiyelini gösteren bir kolon olarak tasarlandı.

Sol: 1800 mm uzunluğunda Dallanan Kolon, eş zamanlı işlemden yararlanılarak üç parça hâlinde üretildi. Tabaka uzunluğu: 1 mm, baskı hızı: 30-50 mm / sn, (alttan üste) parçaların üretim süresi: 12, 10, 7 saat. Sağ: Üretim sonrasında parçaların birlikte gerdirilmesi için yerleştirilecek kablolara yer sağlamak adına üç ana dalın içinde boş alanlar yerleştirildi. Tasarım ve üretim: A. Barney ve W. Yang.

Birden fazla dal tasarlandı:

Araştırmacılar, “12’ye kadar ayrı dal içeren son yapı, daha sonra gerdirme ile bir araya getirilen üç ayrı eleman olarak basıldı.” dedi. “Bu, Yumurta Kabuğu için ilginç perspektifler açarak, başka türlü üretilmesi açıkça zor olan şekillerin en azından verimli bir şekilde üretilmesine izin veriyor. Bu tasarımlar yapısal olarak optimize edilmedi, ancak işlemin geometrik ölçüde yapabileceklerini gösteriyor.”

Sol: 1 m çapında farklı baskı deneyleri, 1 mm katman yüksekliği ve 50 mm / sn. baskı hızı ile basılmıştır. Sağ: basılı katmanların yakından görünümü.

Sol: Gelecek Ağacı köşkünün tamamlanmış hâli. (Resim: Basler ve Hofmann AG, Stefan Kubli). Sağ: Baskılı kalıp, donatı kafesi ve bitmiş beton eleman.

Araştırmacılar, “Araştırma hâlâ erken aşamalarında olmasına rağmen, mimariye uygun ölçekte nesnelerin üretilebileceğini gösterdi. Yumurta Kabuğu eş zamanlı üretim süreci, çok çeşitli geometrik şekilleri mümkün kılma potansiyeli gösteriyor, ancak başarısı, baskının hızlandırılıp hızlandırılamayacağına bağlı. Daha hızlı bir dikey kalıp baskı hızı elde etmek, daha büyük ölçekli nesneleri soğuk derz oluşturmadan üretmek gerekli.” dedi.

“Mümkün olan en sürdürülebilir yöntemi elde etmek için, kullanılmış kalıpların geri dönüştürülebilirliğini sağlıyor ve alternatif baskı malzemelerini inceliyoruz. İşlemi ekonomik ve daha az emek harcanarak uygulanabilir hâle getirmek için, araştırma çabalarının, insan müdahalesi ihtiyacını ortadan kaldıran tam otomatik bir beton döküm işlemine yönlendirilmesi gerekiyor. Araştırma ilerledikçe ve süreç stabilize edilip kolaylaştırıldıkça, üretilen bina bileşenleri yelpazesi kirişlere, döşeme plaklarına veya bağlantı ve geçiş unsurlarına kadar genişleyebilir ve beton mimaride sürdürülebilir kitlesel pazarlamaya giden yolu açabilir.”

Kaynak: https://3dprint.com/266499/zurich-eggshell-process-3d-printing-ultra-thin-concrete-structures/

 2 okuma

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

İlginizi Çekebilir
Soğuk havada beton dökümünde dikkate alınması gereken üç nokta vardır:…
Cresta Posts Box by CP