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Investigations on the suitability of clay/sand formulations for 3D-printing
Nasim Mahdian
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Chemie
Betreuer*in
Andreas Mautner
DOI
10.25365/thesis.76992
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17859.58544.323461-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In der vorliegenden Arbeit wurden die Materialeigenschaften von Lehm und Stampflehm für die Verwendung als Baumaterial im modernen Wohnungsbau durch 3-D-Druck untersucht. Die 3-D-Drucktechnik mittels Extrusion hat dabei die größte Aufmerksamkeit erhalten, und wir bewerten die Möglichkeit, sie auf erdbasierte Materialien anzuwenden. Es wurde das rheologische Verhalten von Lehm-Suspensionen für den 3-D-Druck getestet und getrocknete Formulierungen mechanisch bewertet. Die Viskosität und das Trocknungsverhalten von Dispersionen von zwei Arten von Stampflehm (natürlicher und feiner Lehm) in Wasser mit Sand wurden untersucht. Bei einem Lehmgehalt von weniger als 50 % war die Viskosität zum Drucken zu niedrig. Andererseits entwickeln sich bei Formulierungen mit einem Lehmgehalt von über 70 % beim Trocknen erhebliche Risse aufgrund von Spannungen durch asymmetrisches Trocknen. Um die Rissbildung zu vermindern kann Sand bis zu 25 % des Feststoffgehalts und in bestimmten Formulierungen sogar bis zu 50 % hinzugefügt werden. Sand verringerte die Druckfestigkeit, jedoch wurden einige optimale Formulierungen identifiziert, bei denen dieser Einfluss minimal ist. Sandgehalte von mehr als 25 % des Feststoffgehalts weisen schlechte mechanische Eigenschaften und Trocknungsverhalten auf. Extrusion und Auswurfversuche wurden erfolgreich mit optimierten Formulierungen durchgeführt. Die optimierten Stränge behielten ihre Form während des Trocknens bei. Es konnten auch massive Quader (Hohlziegel) produziert werden, was die Effizienz von Lehm-/Sandformulierungen für den Einsatz in 3-D-Druck- und Formanwendungen zeigt.
Abstract
(Englisch)
A fair share of the world’s population resides in houses constructed wholly, or mostly, of silt and rammed earth. As many as 40 distinct earthen construction styles are utilized. Additionally, digitally based earthen building techniques have been used in the field of construction, particularly for the use of clay-based materials. Recently, 3D printing by extrusion deposition has received the greatest attention among these methods. In the present study, the material properties of clay and rammed earth for application as building materials in modern housing construction by 3D printing were investigated and the applicability of 3D printing to earth-based materials is evaluated. Initially, earthen materials’ rheological behavior was investigated to determine suitable compositions acceptable for 3D printing. The viscosity and drying behavior of dispersions of two types of rammed earth content (natural and fine clay) in water with sand were studied. Below 50% clay content, the viscosity at rest was too low for fabricating a stable structure after printing. On the other hand, upon drying formulations with more than 70% clay content, substantial cracking developed due to strains caused by asymmetric drying. To compensate for shrinkage and warpage during drying, addition of various types of sand were evaluated. Sand contents of more than 25% of the total solids fraction resulted in decreased the compression strength, typically yielding poor mechanical characteristics and drying behavior. However, some optimal formulations were identified where this impact was minimal. Thus, sand can be added to up to 25% of the solids content and in certain formulations up to 50%. Extrusion and ejection experiments were successfully completed using optimized formulations. Optimized strands kept their shape during drying. Laboratory-scale printing was performed, and printed samples have been mechanically evaluated. Also, massive cuboids (hollow bricks) could be produced, demonstrating the efficiency of clay and sand formulations for use in 3D printing and molding applications.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Lehm und Sand Formulierungen
Schlagwörter
(Englisch)
clay and sand formulations
Autor*innen
Nasim Mahdian
Haupttitel (Englisch)
Investigations on the suitability of clay/sand formulations for 3D-printing
Paralleltitel (Deutsch)
Untersuchungen zur Eignung von Lehm/Stampflehm/Sand-Formulierungen für den 3D-Druck
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
57 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Andreas Mautner
Klassifikation
35 Chemie > 35.07 Chemisches Labor. chemische Methoden
AC Nummer
AC17361336
Utheses ID
73171
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |