Forskare vid USA: s Purdue University har lyckats 3D-printat cementpasta, en ingrediens i betong och murbruk som används för att bygga olika infrastrukturelement, vilket blir hårdare under tryck. Forskarna hävdar att tekniken skulle kunna bidra till byggandet av fjädrande strukturer som kan klara de negativa effekterna av naturkatastrofer som jordbävningar och bränder.
"Naturen måste ta itu med svagheter att överleva, så vi använder de inbyggda svagheterna av cementbaserade material för att öka sin seghet", säger Jan Olek, professor i Purdues Lyles School of Civil Engineering.
Designen av den 3D-printade cementpastan har tagit inspiration från insekters skal. "De leddjur med exoskelett har sprickbildnings och härdningsmekanismer som vi kan reproducera i 3D-printad cementpasta", säger Pablo Zavattieri, professor i civilingenjörsindustrin.
3D-utskrivna cementbaserade material - som cementpasta, murbruk och betong - skulle ge ingenjörer större kontroll över design och prestanda, men tekniken har tidigare varit ett hinder.
"3D-printing har tagit bort behovet av att skapa en form för varje typ av design, så att vi kan uppnå dessa unika egenskaper av cementbaserade material som inte var möjliga förut", säger Jeffrey Youngblood, Purdue-professor i materialteknik.
Teamet använder också mikro-CT-scanningar för att bättre förstå beteendet hos härdade 3D-utskrivna cementbaserade material och dra fördel av deras svaga egenskaper, såsom por-regioner som finns i mellan de tryckta skikten, vilket främjar sprickbildning.
Denna upptäckt presenterades nyligen på internationella RILEM konferensen om betong och digital tillverkning.
Cementpastorna skrivs ut i olika mönster, så som honeycomb, varje mönster gör det möjligt att konstruera specifika egenskaper när de hade härdats. Bouligand-mönstret gör tex materialet mer sprickbeständigt, medan det "kompatibla" mönstret gör att cementbaserade element fungerar som en fjäder, även om de är tillverkade av sprött material.
Teamet planerar nu att utforska andra sätt cementbaserade element kan utformas för att bygga mer elastiska strukturer.