Déchets de verre recyclé utilisés en remplacement du sable dans l’impression 3D

Des scientifiques utilisent des déchets de verre recyclés pour remplacer le sable dans l'impression 3D

L’équipe de recherche de NTU a réussi à imprimer en 3D un banc en forme de L de 40 cm de haut. Crédit : Université technologique de Nanyang

Des chercheurs de l’Université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapour) ont développé la capacité d’utiliser du verre recyclé dans l’impression 3D, ouvrant ainsi la voie à un mode de construction et de construction plus durable sur le plan environnemental.

Le verre est un matériau qui peut être recyclé à 100 % sans perte de qualité, mais c’est l’un des types de déchets les moins recyclés. Le verre est composé de dioxyde de silicium, ou de silice, qui est un composant majeur du sable, et offre donc un potentiel inexploité important à recycler dans d’autres produits.

Dans le même temps, en raison de la croissance démographique, de l’urbanisation et du développement des infrastructures, le monde est confronté à une pénurie de sable, les climatologues l’appelant l’un des plus grands défis de durabilité du 21e siècle.

Pour ces raisons, l’équipe de recherche de NTU essaie de trouver des moyens de recycler le verre en l’imprimant en 3D dans des objets à usage quotidien.

Une de leurs innovations publiée récemment dans le Journal de l’ingénierie du bâtiment, a utilisé un mélange de béton spécialement formulé comprenant du verre recyclé, des produits de ciment commerciaux, de l’eau et des additifs pour imprimer en 3D un banc en béton. En déterminant la formulation de béton optimale, l’équipe de recherche de NTU a réussi à imprimer en 3D un banc en forme de L de 40 cm de haut (voir image) comme preuve de concept que leur matériau pouvait être imprimé en 3D dans une structure de tous les jours (support de poids ) produit.

Lors des tests de compression en laboratoire et des tests de qualité (résistance) des filaments, la structure imprimée en 3D a montré une excellente aptitude à la construction – le béton imprimé ne se déforme pas ou ne s’effondre pas avant que le béton ne durcisse – et une extrudabilité, ce qui signifie que le mélange de béton spécial est suffisamment fluide pour s’écouler à travers les tuyaux et buse d’impression.

Une nouvelle voie pour recycler le verre

Selon les dernières données de la National Environment Agency de Singapour, seuls 13 % des 74 000 tonnes de déchets de verre générés dans le pays ont été recyclés en 2021. Sans être pleinement exploités à d’autres fins, la plupart des déchets de verre se retrouvent dans des incinérateurs. avant d’être jeté dans une décharge.

Alors que des scientifiques ailleurs ont décrit l’utilisation du verre dans des mélanges de béton, aucun d’entre eux n’a été en mesure d’imprimer en 3D avec succès une structure à l’aide d’un mélange de béton à base de verre, jusqu’à présent.

Le chercheur principal de l’étude, le professeur Tan Ming Jen de la NTU School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE), a déclaré : « Le principal défi dans la formulation de mélanges de béton imprimables en 3D est de déterminer la quantité de chaque composant à ajouter pour obtenir un Structure structurellement solide avec un minimum de défauts. Notre équipe a trouvé une formule réalisable, démontrant pour la première fois que le verre peut en effet être utilisé pour imprimer en 3D un banc avec une excellente intégrité structurelle.

“La recherche illustre également le concept d’une” économie circulaire “. 70 % du verre est composé de dioxyde de silicium ou de silice. Notre recherche consiste essentiellement à réutiliser la silice présente dans le verre pour qu’elle soit réutilisée sous forme de sable dans notre mélange de béton d’impression 3D”, a ajouté le professeur Tan.

À la suite de la réussite de la preuve de concept, l’équipe de recherche de NTU pense que leur développement offre une nouvelle voie pour recycler les déchets de verre et peut contribuer à une industrie du bâtiment et de la construction plus verte pour Singapour et au-delà.

Le nouveau développement s’appuie sur l’impression 3D précédente pour la recherche en construction par le professeur Tan et son équipe du Centre d’impression 3D de NTU à Singapour (SC3DP).

Le scientifique de NTU était également à l’origine du projet de salle de bain imprimée en 3D en 2019, où une salle de bain non meublée a été imprimée en 12 heures à Singapour, soit la moitié du temps nécessaire à la construction conventionnelle de la même installation.

La dernière innovation est un exemple de recherche révolutionnaire qui soutient le plan stratégique NTU 2025, qui vise à relever les grands défis de l’humanité en matière de durabilité et à accélérer la traduction des découvertes de la recherche en innovations qui atténuent l’impact humain sur l’environnement.

Remplacement du sable dans le béton

En tant que deuxième substance la plus utilisée après l’eau, le béton repose sur le sable comme ingrédient essentiel pour assurer sa durabilité.

Des rapports du Programme des Nations Unies pour l’environnement ont également révélé que, dans le monde entier, l’extraction agressive de sable des rivières a entraîné des pollutions, des inondations et d’autres conséquences environnementales.

Le premier auteur de l’étude dirigée par NTU, Andrew Ting, chercheur au SC3DP, a déclaré : « Nos recherches ont montré que le verre recyclé peut être utilisé pour remplacer jusqu’à 100 % du sable dans le béton pour l’impression 3D. Le résultat est un béton banc avec une résistance mécanique répondant aux normes industrielles acceptables. Étant donné que le sable est exploité à un rythme beaucoup plus rapide qu’il ne peut être reconstitué naturellement, la perspective d’utiliser du verre recyclé dans le bâtiment et la construction devient plus attrayante. Nous pensons que notre développement a beaucoup potentiel de soulager la demande de sable pour ce secteur à l’avenir.”

De plus, comme le verre est un matériau naturellement hydrophobe, c’est-à-dire qu’il n’absorbe pas l’eau, moins d’eau est nécessaire pour créer un mélange de béton adapté à l’impression 3D.

Comment le banc en forme de L est imprimé en 3D

Grâce à des analyses et des tests détaillés et approfondis, l’équipe de recherche de NTU a établi les paramètres optimaux pour le mélange de béton de verre recyclé qui lui permettrait d’être imprimé en 3D.

Les composants du mélange comprennent du verre recyclé broyé en différentes classes de taille (moyenne, fine et superfine), un produit de ciment commercial, de l’eau et d’autres additifs.

Pour permettre l’impression, l’équipe a ajusté les systèmes de contrôle de l’imprimante 3D pour faire correspondre le débit de la buse aux propriétés de durcissement du béton.

L’impression a ensuite été réalisée en une seule fois à l’aide d’une imprimante robotique portique à 4 axes qui a un volume d’impression de 1,2 mètre x 1,2 mètre x 1 mètre. Le mélange de béton spécialement conçu a été acheminé vers une pompe et transporté vers une buse montée sur le bras robotique, déposant le matériau couche par couche selon le plan numérique.

La technologie et le savoir-faire utilisés dans ce projet de recherche sont protégés par une divulgation de technologie déposée par l’intermédiaire de la société d’innovation et d’entreprise de NTU, NTUitive, et appartient à l’université.

À l’avenir, l’équipe de recherche NTU, en collaboration avec la start-up singapourienne Soda Lemon, examinera l’impression 3D à plus grande échelle et des structures plus diverses en utilisant le mélange de béton de verre recyclé, et optimisera l’algorithme d’impression pour des performances constantes.


Les villes du futur pourraient être imprimées en 3D avec du béton fabriqué à partir de verre recyclé


Plus d’information:
Guan Heng Andrew Ting et al, Étude paramétrique de la région extrudable du béton imprimable en 3D à l’aide de béton de verre recyclé, Journal de l’ingénierie du bâtiment (2022). DOI: 10.1016/j.jobe.2022.104091

Fourni par l’Université technologique de Nanyang

Citation: Déchets de verre recyclé utilisés comme remplacement du sable dans l’impression 3D (2022, 26 avril) récupéré le 26 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-recycled-glass-sand-3d.html

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