Development of time-dependent constitutive laws and generalized analysis methods for 3D printing cement mortar

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15060
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 22010:Civil engineering material, execution and construction management-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: OHNO MOTOHIRO 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (30821970)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 3Dプリンティング / セメント系材料 / 積層性 / せん断強さ / せん断帯 / デジタル画像相関法 / 空隙 / 破壊力学

Outline of Final Research Achievements

This study proposed prediction and evaluation methods for buildability (i.e. how many layers can be stacked or how much deformation occurs in the printed object) in extrusion-based 3D printing of cementitious materials. In addition, through an experimental investigation on hardened 3D-printed cement mortar, it was suggested that the macroscopic mechanical properties and failure mode of printed mortars are governed by the bond strength between deposited mortar filaments and relatively large voids among the filaments.

Free Research Field

工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で提案した積層性の予測手法および評価手法により、積層中の造形物の変形および降伏を的確に予測し、かつ、積層中にリアルタイムに倒壊の前兆を検知することが可能になる。これによって、セメント系材料の3Dプリンティング技術の普及展開に寄与できる。また、3Dプリントしたモルタル硬化体の力学特性と破壊形態に関して得られた知見は、積層体の力学挙動を適切に評価する力学モデルの構築に向けた一歩となる。