{"id":102,"date":"2018-06-07T10:48:26","date_gmt":"2018-06-07T10:48:26","guid":{"rendered":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/?p=102"},"modified":"2021-03-24T12:36:01","modified_gmt":"2021-03-24T12:36:01","slug":"3d-tulostettujen-betonivalumuottien-testaus-ja-tulokset","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogi.savonia.fi\/3dtulostus\/2018\/06\/07\/3d-tulostettujen-betonivalumuottien-testaus-ja-tulokset\/","title":{"rendered":"3D-tulostettujen betonivalumuottien testaus ja tulokset"},"content":{"rendered":"

Betoni on materiaalina erinomainen sill\u00e4 se muovautuu monenlaiseen muotoon. Betonirakenteiden muotoilua on kuitenkin t\u00e4h\u00e4n menness\u00e4 rajoittaneet muottitekniikat ja valmistusmenetelm\u00e4t. Betonin valmistukseen on tullut uudenlaisia menetelmi\u00e4, kuten betonin 3D-tulostus, 3D-muottitekniikat ja muotobetoni, joilla voidaan tehd\u00e4 entist\u00e4 monimuotoisempia betonirakenteita. 3D-muottitekniikoiden etuna on betonin 3D-tulostukseen tai muotobetoniin verrattuna se, ettei betonin ominaisuuksia tarvitse muokata, vaan siin\u00e4 voidaan k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 betoniteollisuudessa jo pitk\u00e4\u00e4n kehitettyj\u00e4 betoniseoksia joiden ominaisuudet ja k\u00e4ytt\u00e4ytyminen eri olosuhteissa tunnetaan.<\/p>\n

Savonian LIVA-hankkeessa tutkittiin 3D-tulostettujen muottien toimivuutta betonivaluissa. Muotteja testattiin valamalla useita variaatioita testipylv\u00e4\u00e4st\u00e4, jonka sivuille mallinnettiin lukuisia erilaisia muotoja muottien kokeilua ja demonstrointia varten.<\/p>\n

\"\"
Kuvassa oikealla puolella on ensimm\u00e4inen testivalu, keskell\u00e4 toinen testivalu ja vasemmalla puolella kolmas testivalu. Etualalla on muutamia pienempi\u00e4 koevaluja.<\/figcaption><\/figure>\n

Ensimm\u00e4inen testivalu oli kreikkalaisen pylv\u00e4\u00e4n alaosa, jonka muotti valmistettiin kokonaan muovista 3D-tulostamalla. Muovimuotteja tulostettiin pursotusmenetelm\u00e4\u00e4 k\u00e4ytt\u00e4vill\u00e4 3D-tulostimilla, joissa tulostus tapahtuu pursottamalla muovilankaa kuuman suuttimen l\u00e4pi kerros kerrokselta. Suuret muotit tulostettiin German RepRap x1000 3D-tulostimella, miss\u00e4 on Savonian 3D-tulostimista suurin tulostusalue (1,0m x 0,8m x 0,6m). Ensimm\u00e4isen testin tuloksena havaittiin ett\u00e4 pursottavalla menetelm\u00e4ll\u00e4 valmistetut, 3D-tulostetut muovimuotit eiv\u00e4t kest\u00e4 kovinkaan suuria valupaineita kerrosten v\u00e4lisess\u00e4 pystysuunnassa. 3D-tulostetun muovimuotin ominaisuuksiin ja sit\u00e4 kautta kestoon pystyy vaikuttamaan ottamalla valupaineen huomioon sek\u00e4 suunnittelussa, valmistusvaiheessa ett\u00e4 j\u00e4lkik\u00e4sittelyss\u00e4.<\/p>\n

Toisena testivaluna tehtiin 1,5m korkea pylv\u00e4s, jossa 3D-tulostetut muovimuotit suunniteltiin muotin pintakerrokseksi pahvisen valuputken sis\u00e4\u00e4n. Koska perinteisten muotojen valmistaminen 3D-tulostamalal ei ole kustannustehokasta tai j\u00e4rkev\u00e4\u00e4, tehtiin pylv\u00e4\u00e4n suorakulmainen alaosa perinteiseen tapaan puusta ja vanerista. Monimutkaisemmat muodot tehtiin 3D-tulostettujen muottien avulla, ja ne kiinnitettiin pohjaosaan valuputken kanssa. Lopuksi muotti tuettiin viel\u00e4 hyvin kuormaliinoilla ja n\u00e4in koko muotti kesti hyvin valupaineen ja 3D-tulostetut muovimuotit s\u00e4ilyv\u00e4t uudelleen k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4ksi.<\/p>\n

Toinen testipylv\u00e4s suunniteltiin pylv\u00e4svalaisimeksi, jonka sivuun suunniteltiin lukuisia erilaisia muotoja kuten pallo- ja kuutiokuvioita, naamoja, logoja, tekstej\u00e4 ja lehtikuvioita. Muottien 3D-tulostamiseen k\u00e4ytettiin p\u00e4\u00e4osin kovaa PLA-muovia. Kovissa muovimuoteissa on huomioitava muotin irrotussuunta ja muotin p\u00e4\u00e4st\u00f6kulma, jotta muotti voidaan irrottaa betonista. Testipylv\u00e4iss\u00e4 havaittiin, ett\u00e4 py\u00f6re\u00e4t muodot toimivat parhaiten muotin irrotettavuuden ja valun pinnanlaadun kannalta.<\/p>\n

\"\"
Vasemman puoleisessa kuvassa on toisen testipylv\u00e4\u00e4n 3D-tulostetut muovimuotit ja valuputki. Keskimm\u00e4isess\u00e4 kuvassa on 3D-tulostettu kasvomuotti ja oikean puoleisessa kuvassa on muotin irrotuksen j\u00e4lkeinen kuva betonisesta kasvosta.<\/figcaption><\/figure>\n

Toisessa testipylv\u00e4\u00e4ss\u00e4 tutkittiin my\u00f6s 3D-tulostettuja hiekkamuotteja, jotka hankittiin Hetitec Oy:lt\u00e4. Hiekkamuotteja voidaan 3D-tulostaa sidosaineruiskutusmenetelm\u00e4ll\u00e4, jossa ohueksi levitetyn hiekkakerroksen p\u00e4\u00e4lle ruiskutetaan valikoidusti sidosainetta, joka kovettaa hiekan. Tulostus tapahtuu kerros kerrokselta ja tulostuksen j\u00e4lkeen irtonainen hiekka irrotetaan kappaleesta. Hiekkamuottien valmistuksen etuna on melkein t\u00e4ydellinen muodon vapaus. Lis\u00e4ksi hiekkamuotit voidaan hajottaa valun ymp\u00e4rilt\u00e4, jolloin muotin purettavuus ei rajoita muotoilua. Testipylv\u00e4iss\u00e4 hiekkamuoteilla valmistettiin kolmiulotteinen lehtikuvio, joka olisi ollut muilla menetelmill\u00e4 hyvin vaikea valmistaa. Hiekkamuottien irrotukseen testattiin muotti\u00f6ljy\u00e4, joka teki betonista tumman v\u00e4risen. Kiinte\u00e4mpi muottirasva voisi toimia hiekkamuoteissa muotti\u00f6ljy\u00e4 paremmin. Hiekkamuoteista voidaan tehd\u00e4 my\u00f6s kestomuotteja kovettamalla ne epoksilla. Kestomuoteiksi kovetetuista hiekkamuoteista ei tehty testej\u00e4 ja siin\u00e4 olisikin jatkotutkimuksille aihetta.<\/p>\n

\"\"
Kuvissa on 3D-tulostetulla hiekkamuotilla valettu lehtimuoto. Oikean puoleisessa kuvassa (Kuva: Hannu Oksanen) on lehtimuotoa varten 3D-tulostettu hiekkamuotti.<\/figcaption><\/figure>\n

Testipylv\u00e4\u00e4st\u00e4 tehtiin viel\u00e4 kaksi valua hy\u00f6dynt\u00e4en aiemman testin muotteja. Kolmas ja nelj\u00e4s testivalu valettiin yhteisty\u00f6ss\u00e4 Betonimestarit Oy:n kanssa itsetiivistyv\u00e4st\u00e4 ylij\u00e4\u00e4m\u00e4betonista. Testeiss\u00e4 tutkittiin lis\u00e4ksi joustavista ja pehmeist\u00e4 muovilaaduista 3D-tulostettuja muovimuotteja, jotka osoittautuvatkin  kovia muotteja paremmin toimiviksi. Joustavilla muoteilla onnistui hyvin my\u00f6s kulmikkaat muodot ilman mallinnettuja p\u00e4\u00e4st\u00f6kulmia.  Lis\u00e4ksi Betonimestarit Oy:n itsetiivistyv\u00e4ll\u00e4 betonilla saatiin pylv\u00e4isiin parempi pinnanlaatu ja muodot onnistuivat paremmin.<\/p>\n

\"\"
Kuvissa on yksityiskohtia Betonimestarit Oy:n betonilla valetusta testipylv\u00e4\u00e4st\u00e4<\/figcaption><\/figure>\n

3D-tulostuksen k\u00e4ytt\u00f6 betonivalumuottien valmistuksessa on ajankohtainen aihe jota tutkitaan t\u00e4ll\u00e4 hetkell\u00e4 ymp\u00e4ri maailmaa. Esimerkiksi Immensa Technology Labs on hakenut 3D-tulostetuille betonivalumuoteille patenttia Dubaissa (1) ja New Yorksissa on tutkittu 3D-tulostettujen muottien k\u00e4ytt\u00f6\u00e4 historiallisessa restaurointikohteessa (2).  Voidaan siis todeta ett\u00e4 Savonia n\u00e4ytt\u00e4isi olevan tutkimusty\u00f6ss\u00e4\u00e4n t\u00e4lt\u00e4 osin hyvin ajan hermolla.<\/p>\n