To, że w Polsce drukujemy z powodzeniem z betonu jest już oczywiste. Nie będzie zatem żadnym zaskoczeniem ścieżka szybkiego rozwoju tej technologii, w bardzo niedalekiej przyszłości. Wraz z zainteresowaniem klientów pojawiają się techniczne pytania o zasady realizacji projektów i możliwości zastosowania tej technologii.
Jednym z kluczowych elementów druku z betonu jest stosowanie specjalnej mieszanki.
W poprzednich artykułach opisywałem kilka wydruków sporządzonych na drukarkach Rebuild. Przeważająca część “tradycyjnego druku 3D” opiera się na Rapid Prototyping, gdzie przy pomocy drukarki wytwarzamy prototyp, który następnie po akceptacji trafia do seryjnej produkcji. W przypadku druku z betonu nie ma raczej o tym mowy.
Druk 3d z betonu znajduje zastosowanie w Rapid Manufacturing – czyli tworzeniu gotowych budowli takich jak budynki, domki, ławki czy elementy ogrodowe.
Trzecim zastosowaniem naszej betonowej technologii przyrostowej jest Rapid Tooling – inaczej wytwarzanie narzędzi do pracy – przykładowo prefabrykaty: jak ściany, schody, słupy lub zbrojenia.
Kluczowe pytanie brzmi, jak to się odbywa w praktyce i jakie mieszanki betonu stosować? Czy możemy użyć betonu z pobliskiego sklepu budowlanego? Niestety nie, a to dlatego, że takich produktów po prostu jeszcze nie ma na półkach sklepowych.
Aby drukowanie z betonu było obecnie możliwe, musiało być poprzedzone
szeregiem prób i testów konstruktorów z mieszaniem rożnych mas. Technologia druku 3D zaprawami betonowymi wymaga specjalnych mieszanek cementowych, skomponowanych tylko do tego celu. Dotyczy to zarówno drukarek Rebuild V2, jak i Rebuild V3. Mieszanki różnią się zasadniczo od komercyjnych betonów towarowych czy popularnie stosowanych zapraw budowlanych. Różnice widoczne są nawet gołym jak choćby zwiększona lepkość. Zaprawy do 3D printing zawierają o wiele mniej wody przez co są mniej lejne.
Niepowtarzalne właściwości tej konkretnie mieszanki betonu wynikają z jej struktury wewnętrznej, zawierającej zbrojenie, rozproszone w postaci cienkich włókien i dodatki przyspieszające wiązanie. Ma to szczególne znaczenie w przypadku produkcji wysokich obiektów. Waga rozkładanych kolejnych warstw materiału na niezwiązane odpowiednio podłoże w połączeniu z grawitacją mogłaby “położyć” całą kostruckcję w trakcie rozkładania. Z kolei przyspieszone wiązane rodzi pytanie o wytrzymałość. Tutaj specjaliści z Rebuild również znaleźli złoty środek. Parametry związanego drukowanego betonu dorównują wytrzymałością na ściskanie betonom klas C50/60, a wyroby specjalistyczne osiągają wartości porównywalne z betonami klas C90/105.
Dodatkowo w razie potrzeby, aby zmniejszyć wagę produktów, możemy skorzystać z kolejnego wariantu – mieszanki keramzytobetonowej, które obniżają współczynnik przenikania ciepła ściany, zmniejszając tym samym zapotrzebowanie na grube warstwy izolacji termicznej.
Dzięki odpowiedniemu doborowi czasu wiązania, osiągane jest doskonałe połączenie ścieżek leżących na sobie i przylegających do siebie. Po związaniu kolejne warstwy tworzą ze sobą izotropowy materiał, bez widocznych połączeń.
Kolejnym ważnym aspektem jest odpowiednie magazynowanie produktu przed jego użyciem. Sucha mieszanka cementowa przechowywana jest w klasycznych 25 kilogramowych workach lub silosach.
Jeśli zależy nam na określonym kolorze możemy na etapie mieszania masy z wodą użyć odpowiednich barwników lub skorzystać z cementu o odpowiedniej barwie z mieszanki w określonych kolorach np. białym, czy antracytowym.
Kolejnym szalenie ważnym krokiem podczas przygotowania do druku jest minimalny i maksymalny dozwolony czas mieszania. Jeżeli mieszanka będzie przygotowywana za krótko, to nie osiągnie pożądanych właściwości. Jeżeli z kolei przedłużymy czas mieszania straci akceptowalne parametry. Dodatkowo większość wydruków wymaga specjalnego traktowania tuż po zakończeniu drukowania, które możemy porównać do klasycznego postprocessingu.
Mieszanka intensywnie paruje pod wpływem wysokiej temperatury towarzyszącej reakcji wiązania. Dlatego gotową konstrukcję należy przykryć folią na czas wiązania i zraszania wodą. Zbyt mała wilgotność schnącego betonu skutkuje pęknięciami i rysami po związaniu.
Pożądaną cechą mieszanek do druku jest możliwie mały skurcz powstający podczas wiązania wydruku. Dodatkowo wymaganą cechą mieszanek betonowych jest ich dobra „pompowalność” czyli parametr pozwalający określić jak skutecznie agregaty tynkarskie i pompy do betonu mogą dostarczyć urobek z węzła betoniarskiego do ekstrudera. Najczęściej stosowane są pompy zintegrowane z mieszalnikiem przepływowym, automatycznie dozuje mieszankę cementową i wodę. W ostatnich czasach, wraz ze wzrostem zainteresowania tematem druku zaprawami betonowymi na zachodnich rynkach, wzrasta też podaż mieszanek do druku i coraz więcej dużych producentów wprowadza je do swojej oferty. Na polskim rynku nad materiałami tego typu pracuje przedsiębiorstwo ATLAS, które dostarcza także między innymi barwniki do betonu.
Czekamy aż produkty z gotowymi i opisanymi mieszanek będą dostępne na sklepowych półkach.
