Le béton est si largement utilisé dans le secteur de la construction que parfois, l'un de ses ingrédients clés fait défaut : le sable.
Pour remédier à ce problème, les scientifiques étudient la possibilité de remplacer le sable par du verre recyclé dans l'impression 3D – un matériau qui finirait autrement dans les décharges s'il n'était pas utilisé.
Le verre est un matériau qui peut être entièrement recyclé sans perte de qualité, mais c'est l'un des déchets les moins recyclés. Il est composé de dioxyde de silicium, ou silice, qui est un composant majeur du sable, et offre donc un potentiel inexploité important pour être recyclé dans d'autres produits.
C'est la raison pour laquelle l'équipe de recherche de l'université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapore) cherche des moyens de recycler le verre en l'imprimant en 3D pour en faire des objets d'usage quotidien.
Une nouvelle voie pour le recyclage du verre
Pour cette étude spécifique, les déchets de verre ont été fragmentés en cinq tailles différentes : – grossière, moyenne, fine, super fine et "poussière de lune". L'objectif était de remplacer le sable et le gravier qui servent habituellement de granulats dans le béton. Ce verre broyé a ensuite été combiné aux deux autres ingrédients du béton : le ciment et l'eau.
En trouvant la formulation optimale du béton, l'équipe de recherche de la NTU a réussi à imprimer en 3D un banc en forme de L de 40 cm de haut (voir image), preuve que son matériau peut être imprimé en 3D pour devenir un produit structurel (porteur) courant.
Lors de tests de compression en laboratoire et de tests de qualité (résistance) du filament, la structure imprimée en 3D a montré une excellente constructibilité – le béton imprimé ne se déforme pas et ne s'effondre pas avant son durcissement – et extrudabilité, ce qui signifie que le mélange de béton spécial est suffisamment fluide pour passer dans les tuyaux et la buse d'impression.
L'impression a ensuite été réalisée en une seule fois à l'aide d'une imprimante robotisée à portique à 4 axes, dont le volume d'impression est de 1,2 mètre x 1,2 mètre x 1 mètre. Le mélange de béton spécialement conçu a été alimenté par une pompe et transporté vers une buse montée sur le bras robotique, déposant le matériau couche par couche selon le plan numérique.
Selon le chercheur principal de l'étude, le professeur Tan Ming Jen, de l'école d'ingénierie mécanique et aérospatiale (MAE) de la NTU, "le principal défi dans la formulation de mélanges de béton imprimables en 3D est de déterminer la quantité exacte de chaque composant à ajouter pour obtenir une structure solide avec un minimum de défauts".
Cependant, l'un des avantages de l'utilisation du verre est qu'il n'absorbe pas autant d'eau que le sable, et moins d'eau a été nécessaire pour fabriquer le béton.
"Nos recherches ont montré que le verre recyclé peut être utilisé pour remplacer jusqu'à 100 % du sable dans le béton pour l'impression 3D", a déclaré le scientifique principal, Andrew Ting. "Le résultat est un banc de béton dont la résistance mécanique répond à des normes industrielles acceptables". Étant donné que le sable est exploité à un rythme beaucoup plus rapide qu'il ne peut être reconstitué naturellement, la perspective d'utiliser du verre recyclé dans le bâtiment et la construction devient plus attrayante."
À l'avenir, l'équipe de recherche de la NTU, en collaboration avec la start-up singapourienne Soda Lemon, cherchera à imprimer en 3D des structures plus grandes et plus diverses à l'aide du mélange de béton de verre recyclé, et à optimiser l'algorithme d'impression pour obtenir des performances constantes.
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