Desarrollo de materiales cementosos de origen biológico para la fabricación aditiva en la construcción

Sujeto

Desarrollo de materiales cementosos de origen biológico para la fabricación aditiva en la construcción.

Descripción del tema

La fabricación aditiva reúne un conjunto de procesos de fabricación innovadores que permiten la producción de piezas complejas con diferentes clases de materiales. De hecho, es posible fabricar componentes en materiales poliméricos, metálicos, cerámicos, compuestos y cementosos. Como resultado, cada vez encontramos más firmas que buscan dirigir estas tecnologías al sector de la construcción por razones de rapidez de ejecución, complejidad arquitectónica así como por el aspecto medioambiental y ecológico.

Actualmente, a escala industrial, estamos viendo surgir en todo el mundo soluciones de impresión 3D -mortero y hormigón-, las más extendidas corresponden a robots de impresión multieje y máquinas pórtico. Además, a escala de laboratorio se montan impresoras de pequeño y mediano tamaño similares a procesos FDM (Fused Deposit Modeling) con el fin de orientar la investigación hacia temas como la caracterización de nuevas formulaciones de materiales, el estándar de estudio o geometría compleja, el estudio de las propiedades mecánicas de las piezas producidas, etc.

Las tendencias de investigación actuales están investigando la posibilidad de utilizar materiales locales en la fabricación de materiales dedicados a la impresión 3D. Estos últimos deben garantizar un cierto nivel de prestaciones siguiendo un enfoque de dimensionamiento de estados límite. Dicho esto, para justificar los estados límite correspondientes al material estudiado, es obligatorio vincular el análisis de las prestaciones del material a los parámetros de síntesis y fabricación

El objetivo de este tema de tesis es proponer una nueva formulación de un material para su uso futuro en impresión 3D dedicada a la construcción. En relación con los parámetros óptimos del proceso, esta nueva formulación debe garantizar la función "Imprimibilidad", que es en sí misma una composición de las dos subfunciones "extrudabilidad" y "construibilidad".

A primera vista resulta útil presentar algunos materiales la bibliografía sobre impresión 3D para la construcción . La Tabla 1 presenta una lista de materiales basada en las referencias citadas en la columna derecha de la tabla .

 

Tabla 1 – Lista de materiales

 

 

Materiales utilizados para la impresión-construcción 3D

Referencia bibliográfica

Cemento Portland + Policarbonatos (superplaticizador (SP)) + Humo de sílice

(Manikandan et al., 2020)

Cemento Portland + Mayenita (fraguado rápido) + Arena de cuarzo + Agua desionizada

 

(Lowke et al., 2020)

Cemento Portland + Arena de cuarzo + Éter de metilcelulosa

Cemento de sulfoaluminato + Diatomita + Hidrohilpropoilmetilcelulosa + Policarboxilato + Ácido bórico + Gluconato de sodio

(Chen et al., 2020)

Geopolímero: Cenizas volantes + Pastilla de alto horno granulada

(Albar et al., 2020)

Cemento Portland + Celulosa microcristalina + Cenizas volantes + Policarbonilato + Carbonato de litio

(Long et al., 2019)

 

Magnesia quemada con luz + Cenizas volantes + Bórax + Humo de sílice

(Weng et al., 2019)

Cemento clase G + Nanosílice + Nanoarcilla de bentonita hidrófila + Metacaolín + Microsílice amorfa + Celulosa

(Mandoza et al., 2019)

Cemento Portland + Copolímero acrílico no clorado (SP) versátil

+ Arena calcárea 0/2mm

 

(Khalil et al., 2017)

Cemento Alpenat de Sulfoaluminato de Calcio + Copolímero acrílico no clorado (SP) versátil + Arena calcárea 0/2mm

 

Este proyecto propone utilizar materiales locales, biodegradables y ecológicos; El costo se tendrá en cuenta como un factor importante en el análisis de la formulación y materias primas utilizadas. Cabe señalar también que se tendrá en cuenta la explotación de otros productos derivados de la industria marroquí (metalúrgica, cementera, minería, residuos domésticos). Por ello, ofrecemos una lista no restrictiva de materiales candidatos:

 

  • Margas de la región de Fez-Taza;
  • Cenizas de carbón (cenizas volantes);
  • Escoria de alto horno o de fundición
  • Humo de sílice (humo de silicato)
  • Celulosa
  • puzolana
  • Fibras naturales

 

La asignatura se divide en dos fases principales:

  • el primero corresponde al análisis a pequeña escala de materiales fabricados mediante planes experimentales previamente establecidos. Se deben realizar diferentes protocolos de caracterización (análisis físico-químico, estudio de reología, análisis de contracción, prestaciones mecánicas , etc. ) . En este sentido se construirá un banco de pruebas automatizado a escala de laboratorio.
  • Tras establecer un conjunto de formulaciones , la segunda fase del proyecto consiste en la realización de una serie de pruebas a escala industrial. En esta fase, las piezas de prueba serán fabricadas por un robot de 6 ejes de la marca ABB instalado en la plataforma de fabricación de Aditivos Euromed. Se imprimirán geometrías típicas según disposiciones constructivas estandarizadas para poder realizar ensayos estandarizados. En consecuencia, esto permitirá evaluar el triángulo de fabricación.

“Modo de operación material-proceso” adoptado en el proyecto.

 

Procedimiento de registro  

  • Para enviar un expediente de solicitud, consulte este enlace
  • Plazo de solicitud: 15/05/2023
  • Codirector: Prof. Mostapha El Jai: m.eljai@ueuromed.org

 

Palabras clave

Desarrollo de materiales cementosos de origen biológico para la fabricación aditiva en la construcción

Perfil buscado

Perfil del estudiante : Ingeniería mecánica, Ingeniería de materiales, Ingeniería civil

Nivel de inglés : al menos nivel “intermedio, intermedio-alto”

Director de tesis
AKHRIF Iatimad