ما حسگرهای خود را در دیوار تعبیه کردیم تا دما را در حین ساخت و ساز اندازه گیری کنیم و اکنون در حالی که دیوار در محل است، از آنها اطلاعات دریافت می کنیم.
محققان دانشگاه کمبریج که با همکاری صنعت کار می کنند، اولین قطعه زیرساخت بتنی چاپ شده سه بعدی را که در پروژه بزرگراه های ملی مورد استفاده قرار می گیرد، توسعه داده اند . این سازه که نوعی دیوار حائل معروف به دیواره سر است، بر روی A30 در کورنوال نصب شده است، جایی که به لطف حسگرهای طراحی شده توسط کمبریج که در ساختار آن تعبیه شده است، اطلاعات بلادرنگ را ارائه می دهد.
فرایند
سنسورهای موجود در سازه اندازه گیری های به روز از جمله دما، کرنش و فشار را ارائه می دهند. به گفته محققان، “دوقلو دیجیتالی” دیوار می تواند به شناسایی و اصلاح عیوب قبل از وقوع کمک کند.
به گفته دانشگاه، سازه های دیواره سر معمولاً به شکل های محدود از بتن پیش ساخته ساخته می شوند که نیاز به قالب و تقویت فولادی گسترده دارد. با استفاده از پرینتر سه بعدی، تیمی که شامل متخصصانی از Costain، Jacobs و Versarien بود، توانست دیواری منحنی و توخالی بدون قالب و بدون آرماتور فولادی طراحی و بسازد. دیوار استحکام خود را به جای فولاد از هندسه می گیرد.
چاپ این دیوار طبق گفته دانشگاه یک ساعت طول کشید و تقریباً دو متر ارتفاع و سه و نیم متر عرض دارد. محققان این دیوار را در Gloucestershire در دفتر مرکزی شرکت مهندسی پیشرفته Versarien با استفاده از یک چاپگر سه بعدی بتنی مبتنی بر بازو روبات چاپ کردند.
به مدت شش سال، تیم پروفسور ابوالطباء در گروه مهندسی بر روی فناوری‌های حسگر جدید و بررسی اثربخشی حسگرهای تجاری موجود برای به دست آوردن اطلاعات با کیفیت بهتر از زیرساخت کار می‌کنند. تیم او همچنین بتن های “خود درمانی هوشمند” را توسعه داده است. تیم پروفسور الطباء حسگرهایی را برای اندازه گیری دما در طول فرآیند چاپ تهیه کردند.
الطبعه گفت: «از آنجایی که برای پرینت سه بعدی به سیمان بسیار سریع گیر نیاز دارید، مقدار زیادی گرما نیز تولید می کند. ما حسگرهای خود را در دیوار تعبیه کردیم تا دما را در حین ساخت و ساز اندازه گیری کنیم و اکنون در حالی که دیوار در محل است، از آنها اطلاعات دریافت می کنیم.
خصوصیات سنسور
این سنسورها علاوه بر دما، رطوبت نسبی، فشار، کرنش، مقاومت الکتریکی و پتانسیل الکتروشیمیایی را نیز اندازه گیری می کنند. طبق گفته تیم، اندازه‌گیری‌ها بینش‌های ارزشمندی در مورد قابلیت اطمینان، استحکام، دقت و طول عمر حسگرها ارائه می‌کنند. همچنین از سیستم LiDAR برای اسکن دیوار در حین چاپ استفاده شد تا یک ابر نقطه سه بعدی و یک دوقلو دیجیتالی از دیوار تولید شود.
الطبا افزود:
«دیجیتالی کردن دیوار به این معنی است که می تواند خودش صحبت کند. و ما می‌توانیم از حسگرهای خود برای درک بهتر این سازه‌های پرینت سه بعدی و تسریع پذیرش آنها در صنعت استفاده کنیم.»
تیم کمبریج نوعی سنسور به نام سنسور پیزوسرامیک سرب-زیرکونات-تیتانات (PZT) توسعه دادند که پاسخ امپدانس الکترومکانیکی را اندازه گیری می کند و تغییرات در این اندازه گیری ها را در طول زمان برای تشخیص هرگونه آسیب احتمالی نظارت می کند. هشت حسگر PZT در نقاط مختلف در طول فرآیند پرینت سه بعدی در دیوار تعبیه شد تا حضور بارگذاری و فشار را ثبت کند.
یک سیستم جمع‌آوری داده‌های بی‌سیم سفارشی نیز توسط این تیم توسعه داده شد که امکان جمع‌آوری داده‌های پاسخ الکترومکانیکی چند فرکانسی حسگرهای تعبیه‌شده را از راه دور از کمبریج فراهم کرد.
الطبا افزود:
«این پروژه به عنوان یک آزمایشگاه زنده عمل خواهد کرد و داده های ارزشمندی را در طول عمر خود تولید می کند. داده‌های حسگر و «دوقلو دیجیتال» به متخصصان زیرساخت کمک می‌کند تا بهتر درک کنند که چگونه می‌توان از چاپ سه‌بعدی برای چاپ مواد بزرگ‌تر و پیچیده‌تر مبتنی بر سیمان برای شبکه جاده‌ای استراتژیک استفاده کرد و متناسب‌سازی کرد.»
تیم
این تیم شامل دکتر سریپریا رنگاراجو، دکتر کریستوس ولاچاکیس، دکتر ین فانگ سو، دکتر دامیان پیلین، دکتر حسام طاها، دکتر ریچارد آنوو و دکتر لیلیا پوتسلویکو از کمبریج بودند. و همچنین بهاویکا رامراخیانی، رئیس مواد Costain، دانشجوی مقطع دکترا در دپارتمان مهندسی، و بن هریس، سرپرست نوآوری معماری در Versarien، که همچنین دکترای پاره وقت در دپارتمان مهندسی را در اکتبر آغاز می کند.
منبع تصویر: tctmagazine.com
3dRD
شرکت صنعت سامه با نام تجاری 3dRD بزرگترین و تخصصی ترین تولیدکننده پرینترهای سه بعدی در ایران
