Conception imprimée en 3D inspirée du matériau des chaussures de course pour protéger les bâtiments des dommages causés par les chocs

Conception imprimée en 3D inspirée du matériau des chaussures de course pour protéger les bâtiments des dommages causés par les chocs

Le Dr Tatheer Zahra s’est inspiré d’un matériau utilisé dans les chaussures de course et les oreillers en mousse à mémoire de forme pour concevoir un produit imprimé en 3D qui pourrait aider à protéger les bâtiments des dommages causés par les collisions et d’autres forces d’impact élevées, l’équivalent d’une voiture roulant à 60 km/h. Crédit : QUT

Un matériau utilisé dans les chaussures de course et les oreillers en mousse à mémoire de forme a inspiré la conception d’un produit imprimé en 3D qui pourrait aider à protéger les bâtiments des dommages causés par les collisions et d’autres forces d’impact élevées, l’équivalent d’une voiture roulant à 60 km/h.

Publié dans Matériaux et structures intelligents, le Dr Tatheer Zahra du QUT Center for Materials Science et QUT School of Civil and Environmental Engineering a utilisé du bioplastique standard pour imprimer en 3D des formes géométriques qui imitent le comportement des matériaux auxétiques.

« Plutôt que de s’aplatir lorsqu’ils sont étirés ou bombés lorsqu’ils sont comprimés, les matériaux auxétiques se dilatent ou se contractent dans toutes les directions à la fois, ce qui les rend très absorbants d’énergie et résistants à la charge », a déclaré le Dr Zahra.

« Mais le matériau auxétique commercial existant est cher et n’est pas disponible localement, j’ai donc conçu des formes géométriques qui ont obtenu le même comportement. »

Le Dr Zahra a déclaré que l’impression 3D de géométries auxétiques pourrait potentiellement remplacer les renforts en treillis polymère renforcé d’acier et de fibres dans les composites, et pourrait également être utilisée comme enduit de protection murale flexible et largement applicable.

Elle a déclaré que l’absorption d’énergie équivaudrait à un enduit protecteur composite renforcé de 20 mm d’épaisseur sur un mur de bâtiment à grande échelle, qui pourrait potentiellement résister à la force d’impact d’une voiture roulant à 60 km/h.







Une géométrie auxétique de 180 g résiste à une force de 25 kN (environ 2500 kg) en se contractant dans toutes les directions pour absorber une énergie d’environ 260 J sans montrer de dommages ou de changements de forme lorsqu’elle est relâchée. Si elles sont mises à l’échelle, ces géométries peuvent être utiles pour protéger les bâtiments et autres structures des impacts de collision. Crédit : QUT

« À grande échelle, les composites intégrés à ces géométries pourraient théoriquement résister à une énergie d’impact ou de choc élevée causée par des explosions de gaz, des tremblements de terre, des forces du vent et des collisions de voitures. »

« En Australie, on estime qu’il y a environ 2 000 accidents de véhicules par an. Le coût direct des dommages aux bâtiments à 2,5 % porterait la facture des dommages à environ 38,65 millions de dollars/an pour le logement. »

« Étant donné que les véhicules s’écrasent également sur des appartements, des immeubles de bureaux, des restaurants et des dépanneurs, ce coût des dommages aux bâtiments serait probablement plus élevé. »

« La perte de la vie serait le coût le plus élevé. »

Le Dr Zahra a déclaré que la protection des murs en maçonnerie était particulièrement importante car elle était un élément essentiel de la plupart des bâtiments commerciaux et résidentiels.

« La maçonnerie est un matériau très bon marché qui résiste au bruit, à la chaleur et a de meilleures propriétés de protection contre le feu par rapport au bois ou à l’acier, mais ses joints de mortier affaiblissent la résistance structurelle globale. »

Conception imprimée en 3D inspirée du matériau des chaussures de course pour protéger les bâtiments des dommages causés par les chocs

Crédit : QUT

« Si des géométries auxétiques étaient intégrées dans le mortier pour fabriquer des composites protecteurs, elles seraient également protégées des micro-organismes et des températures supérieures à 60 ° C, et devraient durer toute la durée de vie de la structure », a-t-elle déclaré.

Éprouvé à l’échelle du laboratoire, le Dr Zahra vise maintenant à tester les conceptions sur des structures en maçonnerie et en béton à grande échelle à l’usine pilote QUT Banyo.

« Les conceptions seraient de bonnes perspectives de commercialisation par le biais de la fabrication additive car le processus de production est flexible et les matériaux sont facilement disponibles », a déclaré le Dr Zahra.

« L’impression 3D nous permettrait également de modifier le matériau, la taille ou la conception des formes géométriques pour s’adapter à différentes structures et exigences de charge. »

Le Dr Zahra a déclaré que les bioplastiques offraient une alternative plus durable et à faible émission de carbone au plastique renforcé de fibres ou à d’autres polymères non biodégradables.

Elle a déclaré que c’était également plus rentable que d’utiliser des tissus auxétiques disponibles, qui pouvaient coûter jusqu’à 400 $ le mètre carré et n’étaient pas biodégradables.


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Plus d’information:
Tatheer Zahra, Comportement des géométries auxétiques chirales réentrantes (RCA) imprimées en 3D sous des charges dans le plan et hors du plan, Matériaux et structures intelligents (2021). DOI : 10.1088 / 1361-665X / ac2811

Fourni par l’Université de technologie du Queensland

Citation: Conception imprimée en 3D inspirée du matériau des chaussures de course pour protéger les bâtiments des dommages causés par les impacts (2021, 18 octobre) récupéré le 18 octobre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-10-material-3d-printed-impact.html

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