Peki ya inşaat malzemelerinin montajı ve sökülmesi LEGO tuğlaları kadar basit olsaydı? Bir binanın varlığı sona erdiğinde, bu tür yeniden yapılandırılabilir duvarlar yeniden inşa edilecek ve yeni bir yapıya dönüştürülecek, böylece gelecek on yıllar boyunca kullanılabilen yapı taşları ile sürdürülebilir bir döngü yaratılacak.
Döngüsel inşaatın amacı, yeni malzemelerin üretimini en aza indirmek ve endüstrinin “somutlaşmış karbon” oluşumunu veya imalattan yıkıma kadar bir binanın inşaatının her adımıyla bağlantılı sera gazı emisyonlarını azaltmaktır. Gerekli olduğunda mevcut malzemelerin geri dönüştürülmesinin ve yeniden kullanılmasının ardındaki fikir budur.
Dairesel binaların çevresel olanaklarından esinlenen MIT mühendisleri, 3B baskılı geri dönüştürülmüş cam kullanarak yeni bir yeniden yapılandırılabilir tuğla türü yaratıyor. LEGO tuğlaları gibi birbirine kenetlenen sekiz rakamı şeklindeki güçlü, çok katmanlı cam tuğlalar, ekip tarafından MIT’nin yan kuruluşu Evenline tarafından sağlanan özel 3B cam baskı teknolojisi kullanılarak oluşturuldu.
Bir cam tuğla mekanik olarak test edildi ve beton bir bloktakine benzer gerilimlere dayanabildi. Ekip, yapısal bir gösteri olarak birbirine kenetlenen bir cam tuğla duvar inşa etti. Ekip, 3B baskı kullanılarak üretilen cam duvarların geri dönüştürülebileceğini ve iç duvarlar ve bina cepheleri için geri dönüştürülebilir tuğlalar olarak tekrar tekrar kullanılabileceğini düşünüyor.
MIT’den Kaitlyn Becker, “Cam yüksek oranda geri dönüştürülebilir bir malzemedir.” “Camı, kullanım ömrünün sonunda yeniden inşa edilebilecek ya da tamamen yeni bir şekil almak üzere yazıcıya yeniden yerleştirilebilecek bir duvar oluşturmak için kullanıyoruz. Buradaki her şey döngüsel, sürdürülebilir yapı malzemesi konseptimize katkıda bulunuyor.” şeklinde ifade ediyor.
Evenline’ın kurucusu ve yöneticisi, MIT’den Michael Stern, camın yapısal bir malzeme olarak kullanılması hakkında “insanların beynini biraz kırdığını” düşünüyor. “Bunun, mimaride mümkün olanın sınırlarını zorlamak için bir fırsat olduğunu gösteriyoruz.”
Becker ve Stern’in meslektaşlarıyla birlikte tasarladıkları cam tuğla, Glass Structures and Engineering dergisinde bugün yayınlanan bir raporda tam olarak anlatılıyor. Charlotte Folinus, birincil yazar Daniel Massimino ve Evenline’dan Ethan Townsend MIT’deki ortak yazarlar arasında yer alıyor.
Kilitleme Adımı
O dönemde lisans öğrencisi olan Becker ve Stern’in başlangıçta cam üfleme sanatı ve bilimi üzerine çalıştıkları MIT’deki Cam Laboratuvarı, yeni dairesel duvar formunun ilham kaynağının bir parçası olmuştur.
Makine mühendisliği bölümünde öğrenci olarak eritilmiş geri dönüştürülmüş cam basabilen bir 3B yazıcı yaratmaya devam eden Stern, “Madde ilgimi çekti” dedi. “İnşaat, cam baskının bir niş bulması ve ilginç şeyler başarması için makul bir yol gibi görünüyor” dedi.
Bu arada Becker, MIT’de profesörlük görevini kabul ettikten sonra üretim ve tasarım arasındaki bağlantıya ve yaratıcı fikirleri destekleyen yeni süreçlerin nasıl oluşturulacağına bakmaya başladı.
Optik nitelikleri ve geri dönüştürülebilirliği ile cam gibi ilgi çekici niteliklere sahip zor malzemeler için tasarım ve üretim alanlarını genişletmek Becker’ı heyecanlandırıyor ve şöyle diyor “Kirlenmediği sürece camı neredeyse sonsuza kadar geri dönüştürebilirsiniz.”
Stern ile birlikte, 3B yazdırılabilir cam kullanarak geleneksel tuğlalar kadar dayanıklı ve istiflenebilir bir yapısal duvar birimi oluşturma olasılığını araştırmaya koyuldular. Bilim insanları mevcut çalışmalarında Evenline’ın en yeni cam yazıcısı olan Glass 3D Printer 3’ü (G3DP3) kullandılar. Yazıcı, kırık cam şişeleri eriterek erimiş, yazdırılabilir bir forma dönüştürmek için bir fırınla birlikte çalışıyor ve daha sonra katmanlı desenlerde biriktiriliyor.
Ekip, tipik olarak bir cam üfleme stüdyosunda kullanılan soda-kireç camı kullanarak prototip cam bloklar bastı. Basılan her bir tuğlanın bir LEGO tuğlasındaki çivilere benzemesini sağlamak için tuğlaya iki dairesel mandal eklediler. Tuğlalar, tıpkı oyuncak bloklarda olduğu gibi, mandallar sayesinde birbirine kenetlenebiliyor ve daha büyük yapılara dönüşebiliyor. Buna ek olarak, bir tuğla konstrüksiyonu sökülüp geri dönüştürülecek olursa, cam yüzeyler arasında çizik veya kırılmaları önlemek için tuğlaların arasına yerleştirilen malzeme çıkarılabilir. Bu aynı zamanda tuğlaların bir yazıcıda yeniden eritilmesini ve yeni tasarımlara dönüştürülmesini de sağlayacaktır. Grup, blokları sekiz rakamı şeklinde oluşturmayı seçti.
Massimino, “Tuğlaları bir miktar eğriliğe sahip duvarlar halinde bir araya getirebilirken, aynı zamanda onları sekiz rakamı şekliyle kısıtlayabiliriz.” diye açıklıyor.
Basamak taşları
Araştırmacılar, endüstriyel bir hidrolik preste, basılı cam tuğlaları parçalanmaya başlayana kadar sıkıştırarak mekanik güçlerini test ettiler. Araştırmacılar, en güçlü tuğlaların, beton blokların dayanabildiği basınçlara eşit düzeyde dayanabildiğini keşfetti. En güçlü tuğlalar çoğunlukla baskılı
camdan oluşuyordu ve ayrı olarak imal edilen ve tuğlanın altına tutturulan birbirine kenetlenen bir bileşene sahipti. Bu bulgular, duvar tuğlalarının çoğunda baskılı cam kullanılabileceğini, kenetleme bileşeninin ise döküm, baskı veya farklı bir malzemeden ayrı olarak üretilebileceğini göstermektedir.
Becker’a göre cam gibi karmaşık bir malzemeyle çalışmak zorlayıcı olabilir. Bu noktada, farklı bir malzemeden yapılmış birbirine kenetlenen parçalar fazlasıyla umut vaat ediyor.
Ekip, cam duvarın potansiyelini göstermek için, birbirine kenetlenen cam tuğlalardan oluşan eğimli bir duvar inşa etti. Daha sonra, giderek daha büyük, kendi kendini taşıyabilen cam yapılar inşa etmeyi hedefliyorlar.
“Artık malzemenin sınırları ve nasıl ölçeklendirileceği hakkında daha fazla bilgiye sahibiz” diye açıklıyor Stern. “Köşke benzer bir şeyle başlamak istiyoruz – insanların etkileşime girebileceği ve daha sonra ikinci bir tasarım için yeniden yapılandırabileceğiniz geçici bir yapı. Binalara giden basamakları düşünüyoruz.” Dahası, bu blokların birkaç yaşam süresinden geçebileceği de düşünülebilir.”
Bu araştırma kısmen Bose Araştırma Hibe Programı ve MIT Araştırma Destek Komitesi tarafından desteklenmiştir.
Haberi Derleyen: İnci Nisa Çakır – Makine Mühendisi
Haber Kaynağı: news.mit.edu/2024/engineers-3d-print-sturdy-glass-bricks-building-structures-0920
