تساهم الأنابيب النانوية الكربونية في تحسين المباني المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال تعزيز الخرسانة 

دمج الأنابيب النانوية الكربونية مع الإسمنت المطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد يبشر ببناء مستقبل واعد

شارك فريق من الباحثين بجامعة خليفة في دراسة تبحث في عمليات دمج الأنابيب النانوية الكربونية مع المواد الإسمنتية المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، إذ يؤسس هذا الدمج لمعايير جديدة في تكامل وكفاءة الهياكل الإنشائية في ظل تطور مشهد تكنولوجيا الإنشاءات. وشملت قائمة الباحثين من جامعة خليفة المشاركين في البحث الدكتور تاي يون كيم ومحمد مُكرَّم علي وغيث نصرالله والأستاذ الدكتور راشد أبو الرب والدكتور بشار الخصاونة، وانضم إليهم سيد حامد رضا غفار من جامعة برمنغهام، حيث درسوا جميعًا عمليات الدمج هذه وأظهروا كيفية التحسينات الهائلة التي تُحدِثها الأنابيب النانوية الكربونية في كلٍ من الخواص الميكانيكية وجودة الطباعة للمباني المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. وقد نُشِرَت نتائج الدراسة في مجلة ديفيلوبمنتس إن ذا بيلت إنفايرونمنت، والتي تندرج في قائمة أفضل 1% من المجلات العلمية في مجال البناء والإنشاءات.

ويشرح الدكتور تاي يون كيم موضوع الدراسة قائلًا: "تطرح المواد الإسمنتية المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تحديات معينة بصفة تقليدية. وتتضمن هذه التحديات تحقيق التوازن بعناية بين القابلية للطباعة والقابلية للبناء وانسيابية المزيج الناتج عن عملية الدمج بين الخامات النانونية والأسمنت المطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ". وأضاف بقوله: "ومن المتوقع أن تؤدي عملية الدمج هذه إلى تقليل الوقت اللازم للإنشاء إلى أدنى حدٍ ممكن وتحديد المسام والفراغات وتقليل انكماش الخرسانة الناجم عن تعرض الأسمنت للجفاف وتحسين جودة الطباعة وكذلك تحسين الخصائص الميكانيكية للخامة الخرسانية".

ومن المعروف عن الأنابيب النانوية الكربونية قوتها ومرونتها، إذ تُبدِي قوة ميكانيكية هائلة ومقاومة للأكسدة والتآكل وقابلية عالية للتوصيل وخواص حرارية. وتشكل الأنابيب النانوية الكربونية جسور نانونية داخل الهيكل الأسمنتي، وهو ما يؤدي إلى القيام على نحو فعال بتوزيع الضغط والتقليل من تكوين الشروخ الضئيلة وتحسين صلابة الهياكل الإنشائية وإطالة أعمارها.

وأظهر الباحثون أن إضافة الأنابيب النانوية الكربونية إلى عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد حسَّنَت قابلية الأسمنت للطباعة، كما عززت أيضًا إلى حد بعيد قوة الهياكل الناتجة عن الدمج والتي تمثل مزيجًا يحتوي على الأنابيب النانوية الكربونية بنسبة 0.2 % فقط، ولكنها أدت إلى زيادة بنسبة 99 % في مقاومة الانحناء وبنسبة 72 % في مقاومة الضغط بعد جفاف الإسمنت لمدة 28 يومًا.

وأدت إضافة الأنابيب النانوية الكربونيةأيضًا إلى تحقيق الاستفادة القصوى من عملية الطباعة نفسها. وتبين للباحثين أن المزيج الذي طوروه بعد عملية الدمج ضمن تدفقًا أكثر سلاسة خلال فوهات الطابعة، ما أدى إلى طبقات خرسانية أكثر تجانسًا وأقوى في تركيبها.

وتبشر نتائج الدراسة التي أجراها الباحثون بمستقبل واعد للهياكل المطبوعة باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع الإنشاءات، والذي تحظى فيه السرعة وسلامة الهياكل والتكلفة الاقتصادية المناسبة بأهمية قصوى.

ترجمة: سيد صالح