ประเทศสิงคโปร์

แก้วเป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่สามารถนำมารีไซเคิลได้ 100 เปอร์เซ็นต์โดยที่คุณภาพไม่ลดลง แต่ก็เป็นขยะรีไซเคิลน้อยที่สุดประเภทหนึ่ง แก้วประกอบด้วยซิลิกอนไดออกไซด์หรือซิลิกา ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของทราย ดังนั้นจึงมีศักยภาพที่ยังไม่ได้ใช้ประโยชน์อย่างมากในการรีไซเคิลเป็นผลิตภัณฑ์อื่นๆ ในขณะเดียวกัน เนื่องจากจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้น การขยายตัวของเมือง และการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน โลกกำลังเผชิญกับปัญหาการขาดแคลนทราย โดยนักวิทยาศาสตร์ด้านภูมิอากาศเรียกสิ่งนี้ว่าเป็นหนึ่งในความท้าทายด้านความยั่งยืนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของศตวรรษที่ 21 ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ทีมวิจัยของ NTU จึงพยายามหาวิธีรีไซเคิลแก้วด้วยการพิมพ์ 3 มิติให้เป็นสิ่งของสำหรับใช้ในชีวิตประจำวัน หนึ่งในนวัตกรรมของพวกเขาที่ตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ในวารสารวิศวกรรมอาคารใช้ส่วนผสมคอนกรีตสูตรพิเศษที่ประกอบด้วยแก้วรีไซเคิล ผลิตภัณฑ์ซีเมนต์เชิงพาณิชย์ น้ำ และสารเติมแต่งในเครื่องพิมพ์ 3 มิติบนแท่นคอนกรีต ด้วยการหาสูตรคอนกรีตที่เหมาะสมที่สุด ทีมวิจัยของ NTU สามารถพิมพ์ม้านั่งรูปตัว L สูง 40 ซม. แบบ 3 มิติได้สำเร็จ (ดูภาพ) เพื่อพิสูจน์แนวคิดว่าวัสดุของพวกเขาสามารถพิมพ์ 3 มิติลงในโครงสร้างประจำวัน (รับน้ำหนักได้) ) ผลิตภัณฑ์. ในการทดสอบแรงอัดในห้องปฏิบัติการและการทดสอบคุณภาพเส้นใย (ความแข็งแรง) โครงสร้างการพิมพ์ 3 มิติแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการสร้างที่ยอดเยี่ยม คอนกรีตพิมพ์ไม่เสียรูปหรือยุบตัวก่อนการบ่มคอนกรีต และความสามารถในการอัดขึ้นรูป หมายความว่าส่วนผสมคอนกรีตพิเศษเป็นของเหลวเพียงพอที่จะไหลผ่านท่อ และหัวพิมพ์ เส้นทางใหม่สำหรับการรีไซเคิลแก้ว จากข้อมูลล่าสุดของสำนักงานสิ่งแวดล้อมแห่งชาติของสิงคโปร์ มีเพียงร้อยละ 13 ของขยะแก้วทั้งหมด 74,000 ตันที่เกิดขึ้นในประเทศเท่านั้นที่ถูกนำไปรีไซเคิลในปี 2564 หากไม่มีการใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่เพื่อวัตถุประสงค์อื่น ขยะแก้วส่วนใหญ่จะหาทางเข้าสู่ เตาเผาขยะก่อนนำไปกำจัดในหลุมฝังกลบ ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ในที่อื่นๆ ได้อธิบายถึงการใช้แก้วในส่วนผสมของคอนกรีต แต่ไม่มีผู้ใดที่สามารถพิมพ์โครงสร้าง 3 มิติโดยใช้ส่วนผสมของคอนกรีตที่เป็นแก้วได้สำเร็จจนถึงปัจจุบัน ผู้วิจัยหลักของการศึกษา ศาสตราจารย์ Tan Ming Jen จาก NTU School of Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) กล่าวว่า "ความท้าทายหลักในการกำหนดส่วนผสมคอนกรีตที่พิมพ์ได้ 3 มิติ คือการคำนวณว่าแต่ละส่วนประกอบจะเพิ่มเท่าใดเพื่อให้ได้ โครงสร้างแข็งแรงและมีข้อบกพร่องน้อยที่สุด ทีมงานของเราได้คิดสูตรที่เป็นไปได้ ซึ่งแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าสามารถใช้กระจกในการพิมพ์ม้านั่งแบบ 3 มิติที่มีความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่ดีเยี่ยม" "งานวิจัยยังยกตัวอย่างแนวคิดของ 'เศรษฐกิจแบบวงกลม' โดยร้อยละ 70 ของแก้วประกอบด้วยซิลิกอนไดออกไซด์หรือซิลิกา สิ่งที่งานวิจัยของเราทำคือการคืนซิลิกาที่พบในแก้วเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่อีกครั้งเหมือนทรายในแก้วของเรา ส่วนผสมคอนกรีตการพิมพ์ 3 มิติ” ศาสตราจารย์ Tan กล่าวเสริม จากผลของการพิสูจน์แนวคิดที่ประสบความสำเร็จ ทีมวิจัยของ NTU เชื่อว่าการพัฒนาของพวกเขานำเสนอแนวทางใหม่ในการรีไซเคิลเศษแก้ว และสามารถช่วยสร้างอาคารและอุตสาหกรรมการก่อสร้างที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นใน สิงคโปร์ และประเทศอื่นๆ การพัฒนาใหม่นี้สร้างขึ้นจากการพิมพ์ 3 มิติก่อนหน้านี้สำหรับการวิจัยการก่อสร้างโดย Prof Tanand ทีมงานของเขาที่ Singapore Center for 3D Printing (SC3DP) ของ NTU นักวิทยาศาสตร์ของ NTU ยังอยู่เบื้องหลังโครงการห้องน้ำที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติในปี 2019 โดยห้องน้ำที่ยังไม่ได้ตกแต่งถูกพิมพ์เสร็จภายใน 12 ชั่วโมงในสิงคโปร์ ซึ่งใช้เวลาเพียงครึ่งหนึ่งของเวลาที่ใช้ในการก่อสร้างแบบเดิมของโรงงานเดียวกัน นวัตกรรมล่าสุดเป็นตัวอย่างของการวิจัยที่ก้าวล้ำซึ่งสนับสนุนแผนกลยุทธ์ NTU 2025 ซึ่งมุ่งจัดการกับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ของมนุษยชาติในด้านความยั่งยืน และเร่งการแปลผลการวิจัยที่ค้นพบให้เป็นนวัตกรรมที่ลดผลกระทบของมนุษย์ต่อสิ่งแวดล้อม แทนที่ทรายในคอนกรีต ในฐานะที่เป็นสารที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นอันดับสองรองจากน้ำ คอนกรีตอาศัยทรายเป็นส่วนประกอบสำคัญเพื่อรับประกันความทนทาน รายงานจากโครงการสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติเปิดเผยว่าทั่วโลก การสกัดทรายอย่างรุนแรงจากแม่น้ำได้นำไปสู่มลพิษ น้ำท่วม และผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ Andrew Ting ผู้เขียนคนแรกของการศึกษาที่นำโดย NTU นักวิจัยของ SC3DP กล่าวว่า "งานวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่าแก้วรีไซเคิลสามารถนำมาใช้แทนทรายในคอนกรีตได้มากถึง 100 เปอร์เซ็นต์สำหรับการพิมพ์ 3 มิติ ผลลัพธ์ที่ได้คือ ม้านั่งคอนกรีตที่มีความแข็งแรงเชิงกลที่เป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ยอมรับได้ เนื่องจากทรายถูกใช้ในอัตราที่เร็วกว่าที่จะสามารถเติมเต็มได้ตามธรรมชาติ โอกาสของการใช้กระจกรีไซเคิลในอาคารและการก่อสร้างจึงน่าดึงดูดยิ่งขึ้น เราเชื่อว่าการพัฒนาของเรามี มีศักยภาพที่ดีในการลดความต้องการทรายสำหรับภาคส่วนนี้ในอนาคต" ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากแก้วเป็นวัสดุที่ไม่ชอบน้ำตามธรรมชาติ ซึ่งหมายความว่าไม่ดูดซับน้ำ จึงต้องใช้น้ำน้อยลงในการสร้างส่วนผสมคอนกรีตที่เหมาะสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ วิธีพิมพ์ 3 มิติม้านั่งรูปตัว L ด้วยการวิเคราะห์และทดสอบอย่างละเอียดและครอบคลุม ทีมวิจัยของ NTU ได้กำหนดพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับส่วนผสมคอนกรีตแก้วรีไซเคิล ซึ่งจะทำให้สามารถนำไปพิมพ์แบบ 3 มิติได้ ส่วนประกอบของส่วนผสมประกอบด้วยแก้วรีไซเคิลที่บดเป็นขนาดต่างๆ (ปานกลาง ละเอียด และละเอียดมาก) ผลิตภัณฑ์ซีเมนต์เชิงพาณิชย์ น้ำ และสารเติมแต่งอื่นๆ เพื่อเปิดใช้งานการพิมพ์ ทีมงานได้ปรับระบบควบคุมของเครื่องพิมพ์ 3 มิติให้ตรงกับอัตราการไหลของหัวฉีดกับคุณสมบัติการแข็งตัวของคอนกรีต จากนั้นการพิมพ์จะดำเนินการในโครงสร้างเดียวโดยใช้เครื่องพิมพ์หุ่นยนต์โครงสำหรับตั้งสิ่งของ 4 แกน ซึ่งมีปริมาณการพิมพ์ 1.2 เมตร x 1.2 เมตร x 1 เมตร ส่วนผสมคอนกรีตที่ออกแบบเป็นพิเศษถูกป้อนเข้าปั๊มและขนส่งไปยังหัวฉีดที่ติดตั้งบนแขนหุ่นยนต์ โดยวางวัสดุเป็นชั้นๆ ตามพิมพ์เขียวดิจิทัล เทคโนโลยีและความรู้ที่ใช้ในโครงการวิจัยนี้ได้รับการคุ้มครองโดยการเปิดเผยข้อมูลเทคโนโลยีที่ยื่นผ่าน NTUitive ซึ่งเป็นบริษัทด้านนวัตกรรมและองค์กรระดับองค์กรของ NTU และเป็นของมหาวิทยาลัย ก้าวต่อไป ทีมวิจัยของ NTU ร่วมกับบริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติสิงคโปร์ Soda Lemon จะดูการพิมพ์ 3 มิติในสเกลที่ใหญ่ขึ้นและโครงสร้างที่หลากหลายมากขึ้นโดยใช้ส่วนผสมคอนกรีตแก้วรีไซเคิล และปรับอัลกอริธึมการพิมพ์ให้เหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ