O mundo da impressão 3D abriu possibilidades ilimitadas nos últimos tempos, e os pesquisadores da universidade de Cambridge agora usaram a tecnologia para criar uma parede de concreto que pode ajudar a tornar nossa infraestrutura mais segura, inteligente e sustentável.
A colaboração entre a equipe de Cambridge e a indústria resultou na criação de um muro de contenção conhecido como headwall, que pode fornecer informações em tempo real, cortesia dos sensores embutidos em sua estrutura.
Os sensores oferecem dados atuais sobre temperatura, tensão e pressão. As métricas ajudam os pesquisadores a detectar e corrigir falhas antes que elas se desenvolvam. “Tornar a parede digital significa que ela pode falar por si mesma e podemos usar nossos sensores para entender melhor essas estruturas impressas em 3D e acelerar sua aceitação na indústria”, disse o professor Abir Al-Tabbaa, do Departamento de Engenharia de Cambridge, em um comunicado à imprensa da universidade.
A estrutura foi instalada atualmente na rodovia A30 em Cornwall, no Reino Unido.
A força é fornecida por sua geometria
Construções de fachadas de concreto pré-moldado são frequentemente construídas em formas restritas. A equipe diz que tais métodos convencionais de construção necessitam de cofragem e considerável reforço de aço.
No entanto, usando impressão 3D, eles projetaram e construíram uma parede oca curva sem cofragem e sem reforço de aço. A resistência da parede é derivada da geometria e não do aço.
A parede tem aproximadamente dois metros de altura e três metros e meio de largura, levando uma hora para ser impressa. Foi criada em Gloucestershire utilizando uma impressora de concreto baseada em braço robótico. Segundo a equipe, fazer a parede com impressão 3D economiza dinheiro, materiais e emissões de carbono.
A equipe do professor Abir Al-Tabbaa no Departamento de Engenharia vem desenvolvendo novas tecnologias de sensores e investigando a utilidade dos sensores comerciais atuais para extrair informações de alta qualidade da infraestrutura nos últimos seis anos. Eles forneceram sensores para detectar a temperatura durante todo o processo de impressão para este projeto.
As flutuações de temperatura em vários níveis da parede impressa em 3D foram continuamente monitoradas para possíveis pontos quentes, gradientes térmicos ou anormalidades. Para entender o comportamento térmico da parede impressa em 3D, os dados de temperatura serão conectados ao perfil de imagem térmica correspondente.
Os pesquisadores também usaram os sensores para avaliar a umidade relativa, pressão, tensão, resistividade elétrica e potencial eletroquímico, além da temperatura. As medições fornecem informações úteis sobre a confiabilidade, robustez, precisão e vida útil dos sensores. “Um sistema LiDAR também foi usado para digitalizar a parede enquanto ela era impressa para criar uma nuvem de pontos 3D e gerar um gêmeo digital da parede”.
O papel crítico dos sensores
A equipe de Cambridge criou um sensor PZT (Piezoceramic Lead-Zirconate-Titanate), que mede a resposta da impedância eletromecânica e rastreia as mudanças nesses dados ao longo do tempo para identificar possíveis danos. Esses sensores inteligentes podem ilustrar como a argamassa impressa em 3D endurece com o tempo, além de monitorar a integridade da estrutura hospedeira.
“Oito sensores PZT foram embutidos nas camadas da parede em diferentes posições durante o processo de impressão 3D para capturar a presença de carga e deformação, tanto durante o processo de construção quanto na vida útil após a instalação em campo”.
A equipe, que inclui pessoas especializadas em materiais inteligentes, automação e robótica e ciência de dados, também criou um sistema personalizado de coleta de dados sem fio. Isso permitiu que os dados de resposta eletromecânica de multifrequência dos sensores incorporados fossem coletados remotamente de Cambridge.
“Os dados do sensor e o ‘gêmeo digital’ ajudarão os profissionais de infraestrutura a entender melhor como a impressão 3D pode ser usada e adaptada para imprimir materiais à base de cimento maiores e mais complexos para a rede rodoviária estratégica, disse Al-Tabbaa.
Fonte: Intersting Engineering.