Onderzoekers van de Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) hebben de mogelijkheid ontwikkeld om gerecycled glas te gebruiken bij 3D-printen, wat deuren opent naar een milieuvriendelijkere manier van bouwen en bouwen.
Glas is een materiaal dat voor 100 procent kan worden gerecycled zonder kwaliteitsverlies, maar toch is het een van de minst gerecyclede soorten afval. Glas is gemaakt van siliciumdioxide, of silica, dat een belangrijk bestanddeel van zand is, en daarom biedt het een aanzienlijk onbenut potentieel om te worden gerecycled in andere producten.
Tegelijkertijd wordt de wereld door bevolkingsgroei, verstedelijking en infrastructuurontwikkeling geconfronteerd met een tekort aan zand, en klimaatwetenschappers noemen het een van de grootste duurzaamheidsuitdagingen van de 21e eeuw.
Om deze redenen zoekt het NTU-onderzoeksteam naar manieren om glas te recyclen door het in 3D te printen tot voorwerpen voor dagelijks gebruik.
Een van hun innovaties die onlangs in het Journal of Building Engineering werd gepubliceerd, maakte gebruik van een speciaal samengestelde betonmix bestaande uit gerecycled glas, commerciële cementproducten, water en additieven om een betonnen bank in 3D te printen. Door de optimale betonformulering uit te zoeken, was het NTU-onderzoeksteam in staat om met succes een 40 cm hoge L-vormige bank (zie afbeelding) te 3D-printen als een proof of concept dat hun materiaal 3D-geprint zou kunnen worden in een alledaagse structurele (gewichtdragende ) Product.
In laboratoriumcompressietests en filamentkwaliteitstests (sterktetests), toonde de 3D-geprinte structuur uitstekende bouwbaarheid – het geprinte beton vervormt of bezwijkt niet voordat het beton uithardt – en extrudeerbaarheid, wat betekent dat de speciale betonmix vloeibaar genoeg is om door de slangen te stromen en printmondstuk.
advertentie
Een nieuwe weg voor het recyclen van glas
Volgens de laatste gegevens van de National Environment Agency van Singapore werd in 2021 slechts 13 procent van de 74.000 ton glasafval die in het land werd gegenereerd, gerecycled. Zonder volledig voor andere doeleinden te worden benut, vindt het meeste glasafval zijn weg naar verbrandingsovens voordat ze op een stortplaats worden gestort.
Terwijl wetenschappers elders het gebruik van glas in betonmengsels hebben beschreven, is geen van hen tot nu toe in staat geweest om met succes een structuur te 3D-printen met behulp van een op glas gebaseerd betonmengsel.
De hoofdonderzoeker van de studie, professor Tan Ming Jen van de NTU School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE), zei: “De belangrijkste uitdaging bij het formuleren van 3D-printbare betonmengsels is om erachter te komen hoeveel van elke component moet worden toegevoegd om een structureel solide structuur met minimale defecten. Ons team heeft een haalbare formule bedacht, waarmee voor het eerst wordt aangetoond dat glas inderdaad kan worden gebruikt om een bank te 3D-printen met uitstekende structurele integriteit.”
“Het onderzoek is ook een voorbeeld van het concept van een ‘circulaire economie’. 70 procent van het glas bestaat uit siliciumdioxide of silica. Wat ons onderzoek doet, is om het silica dat in glas wordt gevonden in wezen terug te geven om opnieuw te worden hergebruikt als zand in onze Betonmengsel voor 3D-printen”, voegde prof Tan eraan toe.
advertentie
Als resultaat van de succesvolle proof-of-concept gelooft het NTU-onderzoeksteam dat hun ontwikkeling een nieuwe weg biedt voor het recyclen van glasafval en kan bijdragen aan een groenere bouw- en constructie-industrie voor Singapore en daarbuiten.
De nieuwe ontwikkeling bouwt voort op eerder 3D-printen voor constructieonderzoek door prof. Tanand zijn team bij NTU’s Singapore Centre for 3D Printing (SC3DP).
De NTU-wetenschapper zat ook achter het 3D-geprinte badkamerproject in 2019, waarbij een ongemeubileerde badkamer in 12 uur werd geprint in Singapore – de helft van de tijd die nodig is voor conventionele constructie van dezelfde faciliteit.
De nieuwste innovatie is een voorbeeld van baanbrekend onderzoek dat het strategisch plan NTU 2025 ondersteunt, dat de grote uitdagingen van de mensheid op het gebied van duurzaamheid wil aanpakken en de vertaling van onderzoeksontdekkingen in innovaties die de menselijke impact op het milieu verminderen, wil versnellen.
Vervangen van zand in beton
Als de op één na meest gebruikte stof na water, vertrouwt beton op zand als een essentieel ingrediënt om zijn duurzaamheid te garanderen.
Rapporten van het Milieuprogramma van de Verenigde Naties hebben ook onthuld dat agressieve zandwinning uit rivieren over de hele wereld heeft geleid tot vervuiling, overstromingen en andere gevolgen voor het milieu.
De eerste auteur van de door de NTU geleide studie, Andrew Ting, een onderzoeker bij de SC3DP, zei: “Ons onderzoek heeft aangetoond dat gerecycled glas kan worden gebruikt om tot 100 procent van het zand in beton te vervangen voor 3D-printen. Het resultaat is een betonnen bank met een mechanische sterkte die voldoet aan aanvaardbare industriële normen. Aangezien zand veel sneller wordt geëxploiteerd dan het op natuurlijke wijze kan worden aangevuld, wordt het vooruitzicht om gerecycled glas te gebruiken in de bouw en constructie aantrekkelijker. Wij geloven dat onze ontwikkeling heeft groot potentieel om in de toekomst de vraag naar zand voor deze sector te verlichten.”
Bovendien, aangezien glas een materiaal is dat van nature hydrofoob is – wat betekent dat het geen water absorbeert – is er minder water nodig om een betonmix te creëren die geschikt is voor gebruik in 3D-printen.
Hoe de L-vormige bank 3D wordt geprint
Door middel van gedetailleerde en uitgebreide analyses en tests heeft het NTU-onderzoeksteam de optimale parameters vastgesteld voor het betonmengsel van gerecycleerd glas waarmee het 3D-geprint zou kunnen worden.
Componenten van het mengsel zijn onder meer gerecycleerd glas geplet tot verschillende grootteklassen (Medium, Fine en Superfine), commercieel cementproduct, water en andere additieven.
Om printen mogelijk te maken, heeft het team de besturingssystemen van de 3D-printer aangepast om het debiet van de spuitmond af te stemmen op de uithardingseigenschappen van het beton.
Het printen werd vervolgens uitgevoerd in een enkele build met behulp van een 4-assige portaalrobotprinter met een printvolume van 1,2 meter x 1,2 meter x 1 meter. Het speciaal ontworpen betonmengsel werd naar een pomp gevoerd en naar een op de robotarm gemonteerde spuitmond getransporteerd, waar het materiaal laag voor laag werd afgezet volgens de digitale blauwdruk.
De technologie en knowhow die in dit onderzoeksproject worden gebruikt, worden beschermd door een Technology Disclosure, ingediend door NTU’s innovatie- en ondernemingsbedrijf NTUitive, en is eigendom van de universiteit.
In de toekomst zal het NTU-onderzoeksteam, in samenwerking met het Singaporese start-upbedrijf Soda Lemon, kijken naar 3D-printen op grotere schaal en meer diverse structuren met behulp van de gerecycleerde glasbetonmix, en om het printalgoritme te optimaliseren voor consistente prestaties.
lees het gehele artikel bij de bron
Samenvatting: Onderzoekers hebben de mogelijkheid ontwikkeld om gerecycled glas te gebruiken in 3D-printen, wat deuren opent naar een meer milieuvriendelijke manier van bouwen en bouwen.
Datum van publicatie: 27 april 2022
Bron: Technologie | Top technologienieuws — ScienceDaily