Các nhà nghiên cứu của Đại học Michigan tạo ra bê tông siêu nhẹ, dạng tự do và không chất thải

Sự ra đời của vật liệu dạng tự do của Giáo sư Tiến sĩ Mania Aghaei Meibodi, Giám đốc Phòng thí nghiệm DART tại Đại học Michigan, cùng với hai nhà nghiên cứu Alireza Bayramvand và Yuxin Lin tại Phòng thí nghiệm DART, được coi là một loại bê tông “không chất thải”.

Theo các nhà nghiên cứu, Shell Wall được tối ưu vật liệu bằng cách đặt nó tại các vị trí cần thiết phù hợp với mục đích cấu trúc.

Để tạo ra vật liệu này, các nhà nghiên cứu đã sáng tạo nên một mô hình điện toán kết hợp với vật liệu không phẳng cũng như biến đổi dựa trên hình dạng cũng như đặc điểm hình khối của các bộ phận được tối ưu hóa theo cấu trúc liên kết.

 Shell Wall dưới góc nhìn từ phía trước và phía sau

Nhóm nghiên cứu giải thích: “Một trong những tính năng nâng cao của mô hình này là khả năng tái tạo các hình thức để phù hợp với sự tối ưu hóa ban đầu, trong khi xem xét mọi hạn chế về vật liệu và chế tạo. Mô hình tự động tạo ra dữ liệu để in 3D. Shell Wall là bức tường bê tông dạng tự do có trọng lượng nhẹ, được gia cố bằng phương pháp in 3D”.

Hệ thống Shell Wall cải tiến này dựa trên hình học, được tối ưu hóa để giảm nhẹ tải trọng của nó, với vật liệu được phân phối trong một lưới phân cấp gồm các đường gân cong, có đường kính từ 65 đến 150mm.

Nhóm nghiên cứu khẳng định rằng các vị trí không chịu lực giữa các đường gân này chỉ sâu từ 6.5 đến 8 cm, giữ lớp cách nhiệt giữa hai lớp vỏ bê tông dày 2.5mm.

Shell Wall siêu nhẹ và dạng tự do

Khu vực bê tông giữa các sườn được tạo hình vòm để tăng tính ổn định và giảm thiểu nguyên liệu. Shell Wall chỉ nặng 160kg, giảm 72% so với trọng lượng vật liệu bê tông thông thường.

Thông qua phương pháp in 3D sáng tạo này, bê tông sẽ không bị lãng phí và vật liệu được sử dụng một cách hiệu quả, bởi chúng được đặt ở vị trí chính xác.

Các nhà nghiên cứu cũng nói thêm, “phương pháp in 3D tạo điều kiện thuận lợi cho in bê tông 3D bằng cách sử dụng bê tông thông thường có sẵn thay vì dựa vào các vật liệu hỗn hợp chuyên dụng”.

 Ảnh chụp cận cảnh các chi tiết của Shell Wall

Người tạo ra Shell Wall sử dụng một lượng bê tông và cốt thép nhỏ hơn đáng kể so với lượng vật liệu thường được yêu cầu cho một bức tường có cùng kích thước.

 Lớp vỏ của Shell Wall  Hình ảnh từ phòng thí nghiệm DART

Ngoài ra, DART đã phát triển một hệ thống in bê tông 3D nhẹ và giá cả phải chăng cho Shell Wall để tăng khả năng tiếp cận.

Tương tự, năm ngoái MIT đã phát triển một phương án cho các vật liệu in 3D để theo dõi cách chúng di chuyển và tương tác với môi trường. Nhóm nghiên cứu khác của MIT đã tạo ra một vật liệu mới và cứng như nhôm.

Ngoài ra, các kỹ sư hóa học tại MIT đã tạo ra một vật liệu mới cứng hơn thép, nhẹ như nhựa theo quy trình mới.