Prace magisterskie w toku...
Katarzyna Pawlus - Granulat z analogu regolitu marsjańskiego jako materiał do izolacji termicznej (W. Pichór)
Marzena Pawlik - Granulat z analogu regolitu marsjańskiego jako podłoże do upraw roślin w bazach kosmicznych (W. Pichór)
Prace inżynierskie w toku...
Szymon Fluder - Przewodzące kompozyty cementowe formowane techniką druku 3D (W. Pichór)
Prace magisterskie obronione...
Projekt Laboratorium technologa przyszłości
Przyszłość zaczyna się dzisiaj. Laboratorium technologa przyszłości to projekt dla studentów na dowolnym roku i etapie studiów, niezależnie od realizowanych projektów inżynierskich, prac dyplomowych i pracy w kołach naukowych. Głównym celem jest udział studentów naszego Wydziału w nowatorskich przedsięwzięciach technologicznych, w formule otwartej na pomysły i sposoby pracy. W naszym zespole pracujemy samodzielnie i w grupach, zgodnie z ideą od pomysłu do realizacji. Proponujemy główne kierunki badań, ale w dowolnej chwili mogą pojawić się nowe. Na to liczymy. Praca z nami pozwala rozwinąć również umiejętności miękkie. Przyjdź i zobacz co robimy...
Julia Siwiec - Druk 3D z mas mineralnych (2023, W. Pichór)
Mateusz Bryła - Żużel jako surowiec do produkcji klinkieru w kontekście zrównoważonego rozwoju przemysłu cementowego (2023, S. Kucharczyk)
Patrycja Kolbusz - Wpływ produktów ubocznych z przemysłu cukrowego na właściwości mas i tworzyw ceramicznych (2023, E. Kłosek-Wawrzyn)
Piotr Gasiński - Modyfikacja składu masy ceglarskiej w kierunku poszerzenia interwału spiekania (2023, E. Kłosek-Wawrzyn)
Anita Czechowicz - Jastrychy anhydrytowe z dodatkami przewodzącymi do ogrzewania podłogowego (2022, W. Pichór)
Kornelia Zawada - Tynki oczyszczające powietrze z dodatkiem TiO2. Wpływ natężenia promieniowania słonecznego na skuteczność rozkładu zanieczyszczeń (2022, W. Pichór)
Martyna Białorudzka - Tynki cementowe z dodatkiem materiału fazowo-zmiennego na nośniku porowatym (2022, W. Pichór)
Karolina Kilian - Badanie aktywności termicznie modyfikowanych popiołów fluidalnych (2022, S. Kucharczyk)
Prace inżynierskie obronione...
Brygida Kuraś - Wpływ ilości i rodzaju plastyfikatora do betonu na napięcie powierzchniowe wody (promotor W. Pichór)
Nasze zajęcia...
W ramach Seminarium magisterskiego 1 studenci realizujący prace w KTMB wykonali projekt KAMPUS PRZYSZŁOŚCI, z wykorzystaniem zaawansowanych i w większości niespotykanych obecnie rozwiązań materiałowych. W projekcie wdrożone są różne rozwiązania m.in. wyłapywania i wykorzystania mikroplastiku, techniki druku 3D z lokalnych materiałów, autonomicznych dróg, niestandardowych sposobów pozyskiwania energii, materiałów biomimetycznych, i in. Zajęcia prowadzone były w formule Problem-Based Learnig. Film z prezentacją projektu jest dostępny tutaj.
Drukarka 3D do betonu
Technika druku 3D z betonu jest najnowszą, dynamicznie rozwijająca się techniką formowania przyrostowego konstrukcyjnych materiałów budowlanych. W roku 2020 został wydrukowany w całości pierwszy budynek w Niemczech przez komercyjną firmę (wykorzystywała drukarkę BOD2 (prod. COBOD). Poza Europą, głównie w USA intensywnie rozwija się tą metodę formowania, i póki co jeszcze nie zastępuje tradycyjnego murowania, ale w niektórych aplikacjach zaczyna zaznaczać się przewaga druku.
Zdjęcia z placu budowy pierwszego budynku drukowanego w Niemczech
Jest to z pewnością kierunek przyszłościowy, i w mojej ocenie ta technika formowania powinna być włączona w proces dydaktyczny na uczelniach technicznych zajmujących się technologia betonu. W Polsce, do tej pory tylko w Katedrze Konstrukcji Żelbetowych i Technologii Betonu Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie dostępna jest drukarka 3D do betonu dla studentów. AGH jest drugą uczelnią w Polsce i jedną z nielicznych uczelni w Europie o takim wyposażeniu, dostępnym dla studentów w ramach zajęć laboratoryjnych, projektów inżynierskich i prac magisterskich.
Budowa i szczegóły techniczne
Drukarka 3D do betonu zlokalizowana jest w Pawilonie A3 w laboratorium studenckim 016.
Urządzenie to zasadniczo różni się od znanych powszechnie drukarek do druku z tworzyw sztucznych, nie tylko ze względu na skalę (kilkaset razy większą, inne problemy do rozwiązania), ale również na samą konstrukcję przekazywania napędu. Jest to rozwiązanie przybliżające ją do konstrukcji komercyjnych drukarek stosowanych w pełnej skali (do druku domów), niż do rozwiązań laboratoryjnych. Pole robocze drukarki to 1,0×1,0×1,5 m, co jak można się domyślić wymaga systemu do podawania drukowanego materiału o dużej wydajności. W rozwiązaniu jest to zmodyfikowany agregat tynkarski z podajnikiem ślimakowym o regulowanej wydajności, umożliwiający podawanie materiału w ciągłej strudze do 10 dm3/min.
Drukarka powstawała etapami. Zaczęło się wszystko od autorskiego projektu i koncepcji przekazania napędu na osie X, Y i Z. Zastosowano silniki krokowe, przy czym oś X napędzana jest liniową przekładnią zębatą, którą porusza silnik krokowy o wale przelotowym. Dzięki temu rozwiązaniu nie ma problemu z synchronizacją przesuwu X (po drodze 1,5 m) jak to ma miejsce np. z paskiem klinowym napędzającym koła zębate. Eliminuje to również zastosowanie bardzo długiej śruby napędowej. Oś Y i Z są napędzane klasycznymi śrubami trapezowymi, podobnie jak w przypadku napędu stolika obrabiarek CNC.
Maksymalna prędkość druku przy aktualnie zainstalowanych silnikach nie przekracza 1,0 m/min w strudze o przekroju wyjściowym z dyszy do 10 cm2. Prędkość druku została celowo ograniczona z uwagi na ilość potrzebnego materiału do zasilania pompy ślimakowej agregatu podającego (jesteśmy jednak ciągle w laboratorium na uczelni, a mówimy o dziesiątkach kg materiału). Niemniej jednak drukowanie na tej drukarce pozwala doświadczyć wyzwań i problemów druku w pełnej skali.
Zastosowano rozwiązanie znane z napędu obrabiarek CNC z modułem sterującym. Problemem było tylko dostosowanie oprogramowania z trybu skrawania do trybu przyrostowego. Sterowanie drukarki odbywa się z poziomu języka g-code z bezpośrednim programowaniem lub z wykorzystaniem (również dostosowanego) slicera pliku 3D CAD.
Istotny jest również sposób zasilania w masę dyszy drukującej. Jak wiadomo masa do druku musi mieć właściwości tiksotropowe, w związku z czym konieczne jest zapewnienie na całej długości węża zasilającego działania sił ścinających. W przeciwieństwie do doświadczeń druku z tworzyw sztucznych, gdzie poza dobraniem lepkości stopu (temperatura) i szybkości druku i chłodzenia (zmiana lepkości w czasie, średnica strugi, skurcz) nie ma dużych kłopotów, w przypadku druku z mas pojawiają się problemy separacji składników w czasie transportu masy wężem, stopniowa filtracja wypełniacza (kruszywa) przed dyszą, ruch śrubowy mieszanki po wypływie z dyszy, etc. Sukcesywnie problemy te rozwiązywano, jednak ciągle jest to udoskonalany prototyp i jest dużo zagadnień do wspólnego rozwiązywania.
Nasz drukarka 3D przystosowana jest również do druku z masy ceramicznej.
W ramach pracy rozwijany jest też temat druku budynków z regolitu na Marsie i na Księżycu. Ale więcej informacji o tym, już niedługo, w osobnym miejscu...
Daje to studentom możliwość uczestniczenia w poszukiwaniu rozwiązań inżynierskich na styku kilku dziedzin, ich weryfikacji i zapewne pokonywania frustracji przy nieudanych próbach. Okazuje się ku zdziwieniu niektórych, że zajęcia z PKM, informatyki, reologii i hydratacji cementu mają PRAKTYCZNE zastosowanie, i to w jednym miejscu.
Jest to więc też okazja pracować w ramach nowoczesnego i bardzo efektywnego systemu kształcenia w formule Problem Base Learning.
Zapraszamy chętnych studentów do udziału w projekcie Drukarka 3D. Kontakt przez formularz na stronie zespołu, na zajeciach lub po prostu bezpośrednio ze mną lub dowolnym członkiem zespołu.
