Projekti / Programi
Razvoj prahu za namene 3D-tiskanih mezostrukturnih izolacijskih materialov
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.01.01 |
Tehnika |
Gradbeništvo |
Gradbeni materiali |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T220 |
Tehnološke vede |
Gradbeništvo, hidravlika, priobalna tehnologija, mehanika zemljin |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.01 |
Tehniške in tehnološke vede |
Gradbeništvo |
3D-tisk, razvoj, prahovi, reciklaža, porozni material, gradbeni proizvodi
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
33198 |
dr. Lidija Korat |
Gradbeništvo |
Vodja |
2019 - 2021 |
129 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
1502 |
Zavod za gradbeništvo Slovenije |
Ljubljana |
5866324000 |
10.454 |
Povzetek
3D-tisk (slojevita oz. dodajalna tehnologija) je hitro razvijajoč tehnološki proces na področju znanosti materialov in predstavlja nove priložnosti na različnih področjih sodobnih materialov, od strojništva (ki vključuje protetiko, avtomobilsko in letalsko industrijo, itd.) do gradbeništva (skeleti hiš, fasadni paneli, itd.). Ta inovativna tehnologija ima priložnost postati ključna, saj omogoča hitre rešitve pri izdelavi izdelkov zahtevnih oblik, sestavljenih iz kvalitetnih prahov. V zadnjem času je povečano zanimanje za razvoj 3D struktur v velikostnem razredu mezoporoznosti. S tem nastaja potreba po novih materialih z izboljšanimi lastnostmi in uporabnostjo, v odvisnosti od izbora sodobnih tehnologij 3D-tiska ter namembnosti končnega izdelka. Za dosego ustrezne mezoporoznosti (od nekaj milimetrov do nekaj nanometrov) pri novih 3D materialih, je poznavanje dimenzije proizvoda zelo pomembno, prav tako pa tudi mehanskih, fizikalnih, toplotnih in/ali akustičnih lastnostih, kjer bi bili materiali lahko uporabljeni za specifične namene. Tehnologije 3D-tiska prinašajo bistvene prednosti z vidika hitrosti in cene procesa izdelave končnih izdelkov, hkrati pa je tehnologija okolju prijazna, saj ne nastaja skoraj nič (ali izredno malo) odpadnega materiala. V svetovnem merilu raziskave na področju razvoja 3D tiska potekajo intenzivno, vendar se je kljub pokazala potreba po ustrezni kombinaciji materialov na nacionalnem nivoju, ki bi služili kot surovina za 3D-tisk gradbenih proizvodov. Takšne surovine bi bile lokalnega izvora in sprejemljivejša rešitev s stališča cene in okolja.
Glavni namen predstavljenega projekta je razvoj prahu za namene 3D-tiska. V tej raziskavi bo uporabljena dodajalna tehnologija (mehanizem kapljičnega nanašanja ali vbrizgavanja veziva) za pripravo poroznih izolativnih materialov. Raziskovalno delo tega projekta bo razdeljeno na tri dele. Prvi del raziskav predstavlja študij lastnosti odpadnih prahov in njihova kompatibilnost z ustrezno dodajalno tehnologijo (mehanizem kapljičnega nanašanja ali vbrizgavanja veziva). Izbira prahov bo prednostno na kalcijevem sulfatu ter njegovih hidratih iz različnih slovenskih proizvodnih procesov. Poleg tega bodo določeni procesni parametri dodajalne tehnologije. V drugem delu raziskav se bo poudarek na razvoju poroznih struktur osnovanih s pomočjo 3D CAD modela. Lastnosti izdelanih struktur bodo primerljive ali boljše v primerjavi s komercialno dostopnimi in laboratorijskimi izolacijskimi izdelki. Osnovni modeli predstavljajo predlogo/podlago za oblikovanje izboljšanih modelov s porozno strukturo in ustrezno mezoporoznostjo, ter s toplotno izolacijskimi lastnostmi. Različne 2D in 3D mikroskopske tehnike in mehanski testi bodo uporabljeni za določitev lastnosti komercialno dostopnih poroznih materialov, kakor tudi novih 3D tiskanih prototipov. V zadnjem delu bo znanje iz laboratorijskega nivoja preneseno na izdelavo večjih panelov.
Projekt bo pripomogel k: (i) zagotavljanju trajnostne oskrbe s surovinami s pomočjo inovacij na področju 3D-tiska ter uporabe recikliranih industrijskih materialov, (ii) spodbujanju večje okoljske ozaveščenosti in k predstavitvi inovativnih rešitev za upravljanje in trajnostno uporabo odpadkov, (iii) oblikovanju rešitev za namene 3D-tiska z uporabo vhodnih surovin, (iv) izogibanju odlaganju na odlagališčih, ter (v) zmanjšanju stroškov za uporabo komercialnih surovin za potrebe 3D-tiska.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskave na področju razvoja 3D tiska intenzivno potekajo na svetovnem merilu. Tematika 3D-tiska je izjemno aktualna, kar dokazujejo številne znanstvene in spletne objave, kakor tudi podatki s strani Evropske Komisije. Njihovi podatki kažejo, da se je leta 2016 trg 3D-tiska povečal za 1 milijardo dolarjev na skupaj 5,1 milijarde dolarjev in naj bi do leta 2020 dosegel 21,2 milijarde dolarjev. Trenutno je v okviru H2020 (2014-2020) odobrenih že 27 projektov (2014-2016) in namenjeno je bilo že več kot 113 milijonov eur EU sredstev, kar prikazuje, da se s tematiko ukvarjajo najimenitnejše univerze in inštituti. Vendar so se pokazale potrebe tudi na nacionalnem nivoju po ustreznih kombinaciji materialov, ki bi služile kot surovina za 3D-tisk gradbenih proizvodov. Takšne surovine bi bile lokalnega izvora in bi s stališča cene in okolja sprejemljivejša rešitev.
Naše delo bo pripomoglo (in bo v skladu z usmeritvami tako nacionalne raziskovalne politike kakor prioritetnih tematik EU) k: (1) hitremu razvoju nove surovine za potrebe 3D-tiska, (2) ponovni uporabi odpadne surovine (ohranjanje naravnih virov ter znižanje CO2 odtisa), (3) kakor tudi k zmanjšanju stroškov za uporabo komercialnih surovin za potrebe 3D-tiska.
Naš znanstveni prispevek bo na področju izvedljivosti tiskanja in ocene trajnosti 3D-tiskanih materialov za namene v gradbeništvu npr. kot porozni materiali, saj je količina informacij podanih za trajnost tiskanih materialov, minimalna. Največji doprinos k znanosti predstavlja študija mehanizma kapljičnega nanosa z odpadnimi prahovi ter študija poroznosti. Doprinos bo dosežen, ko bodo vplivi (kemijski in fizikalni parametri) dobro preučeni. Takšni rezultati projekta bodo originalni, objavljivi v znanstveni literaturi in predvsem zanimivi iz industrijskega nivoja. Prav tako v Sloveniji še ni skupine, ki bi se sistematsko ukvarjala z razvojem nove surovine za potrebe 3D-tiska ter njihove implementacije v gradbene proizvode.
Pomen za razvoj Slovenije
Research in the field of 3D printing has been very active in recent years on the global scale. In fact, this topic is of high importance, which is proved by the numerous of published papers, online posts and confirmed by the information provided by the European Commission. Their results have shown that in 2016, the 3D-printing market grew by $1 billion to a total of $5.1 billion and in 2020, the market is expected to reach $21.2 billion. Within the Horizon 2020 27 projects have been already approved and funded (over €113 million for 2014-2016), which shows that numerous prestigious universities and institutes have been working in the field of 3D printing. However, at the national level, a need has been identified for determining suitable combinations of materials to serve as raw materials for the 3D printing of products for use in construction. Such raw materials would have a local origin and would present a more acceptable solution in terms of price and protection of the environment.
Our work will contribute (in line with the national and the EU topics) to: (1) the rapid development of new powders, (2) the reuse of waste materials (conserving natural resources and reducing CO2 footprint), (3) as well as a reduction in the costs of prototype development in 3D printing.
Our main contribution will be in the field of the feasibility of printing and the evaluation of durability of 3D-printed materials for use in construction (e.g. porous materials), because the currently available information on the durability of printed materials is minimal. The significant contribution to the state of the knowledge present understanding of the binding mechanism with by-product powders by 3D printing and its porosity development. The biggest step forward will be achieved when an influence of the individual parameters (chemical and physical) on binding mechanism become well understood and examined. The project results will be original, published in the scientific literature and, above all, interesting to the industry sector. Furthermore, no group in Slovenia has been systematically developing new raw materials for 3D printing and their implementation in products for use in construction.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
