Típicamente, las grietas o fisuras en el concreto son una señal segura de que una estructura está comprometida o debilitada. Sin embargo, está dando la vuelta a esa idea con el desarrollo de estructuras de cemento impreso en 3D que en realidad se fortalecen por las debilidades inherentes del material, especialmente en momentos de estrés extremo, como en un incendio forestal o un terremoto.
El innovador proyecto se inspiró en la naturaleza y específicamente en los artrópodos (como las langostas y los escarabajos), cuyas conchas se hacen más fuertes cuando se aplica presión.
Utilizando un enfoque bioinspirado, el equipo ha logrado imprimir en 3D una pasta de cemento que se vuelve más resistente cuando está bajo presión. El objetivo final del proyecto es avanzar hasta el punto en que se pueda utilizar para crear estructuras que puedan resistir los desastres naturales.
La naturaleza tiene que lidiar con las debilidades para sobrevivir, así que estamos usando las debilidades’incorporadas’ de los materiales a base de cemento para aumentar su dureza.
Las estructuras resistentes del cemento
Se han estudiado detenidamente las conchas de artrópodos y sus propiedades de propagación de grietas y han ideado una técnica en la que pueden controlar cómo se propaga el daño a través de una estructura de pasta de cemento entre las capas impresas.
Más concretamente, el equipo se inspiró en el camarón mantis, una criatura que somete a su presa con un apéndice «dactyl club» que se endurece con el impacto a través de grietas retorcidas que disipan la energía y evitan que el club se desmorone.
El proyecto marca la primera vez que los investigadores imprimen en 3D una estructura bio-inspirada usando pasta de cemento, y las implicaciones del logro podrían ser grandes.
Como explica el equipo de Purdue, el hecho de poder imprimir en 3D materiales a base de cemento, como la pasta de cemento, sin los retos que antes suponía el agrietamiento y las debilidades inherentes, podría abrir las puertas a un mejor diseño y rendimiento de la estructura.
La impresión en 3D ha eliminado la necesidad de crear un molde para cada tipo de diseño, de modo que podamos lograr estas propiedades únicas de los materiales a base de cemento que antes no eran posibles.
Cemento impreso 3d
Para estudiar el comportamiento de las estructuras de cemento impresas en 3D, el equipo ha confiado en la digitalización por micro-TC. El escaneado ha permitido al equipo obtener información sobre las regiones de los poros en las interfaces de las capas impresas, lo que fomenta el agrietamiento.
Cada tipo de arquitectura mostraba diferentes comportamientos una vez que la parte impresa en 3D se había endurecido. Una estructura impresa con el diseño de Bouligand, por ejemplo, tiene buenas propiedades de resistencia a las grietas, mientras que una arquitectura conforme le da a la parte de cemento una calidad de resorte.