3D-печать бетона потенциально может быть быстрее и безопаснее для окружающей среды, чем использование форм, но оптимизация конструкции с учетом того, как на самом деле работают 3D-принтеры, раньше была сложной задачей. Ученые из Массачусетского технологического института только что объявили о прорыве, который может помочь сделать этот процесс быстрее и проще, избавив людей от необходимости кропотливо переделывать конструкции. Свои выводы они опубликовали в журнале «Аддитивное производство».
Команда работала с крупномасштабными 3D-принтерами в Технологическом центре Autodesk в Бостоне и использовала опыт технических специалистов центра, чтобы выявить ограничения предыдущей среды моделирования. Они уже знали, что многие из якобы оптимизированных проектов, созданных с помощью этих фреймворков, на самом деле не могут быть созданы с помощью 3D-принтеров, но они обнаружили, что, в частности, три вещи делают их неработоспособными. Принтерам необходимо печатать непрерывной линией, что в предыдущей системе не учитывалось должным образом, а их сопла также ограничены в том, насколько резко они могут поворачиваться. Было также обнаружено, что толщина печатного валика является постоянным ограничением.
Учтя эти ограничения в своей структуре, команде удалось сократить время, необходимое для подготовки дизайна к печати, с нескольких дней до нескольких минут. Никакого специального оборудования также не требовалось: команда создавала проекты на ноутбуке.
Некоторые думали, что скорость печати MIT будет невозможной.
В основе последней платформы команды лежит множество чрезвычайно сложных математических вычислений. На самом деле настолько сложным, что соавтор исследования Зейн Шеммер сказал, что «если вы вернетесь пять, десять лет назад, решатель, который мы использовали, даже три года назад, не смог бы решить эти проблемы». Теперь команда доказала, что более высокие скорости не только возможны, но и вполне реальны. Чтобы доказать эффективность своей работы, они построили бетонный мост высотой 2,3 метра, используя принтеры Autodesk.
Прибыв в Центр в тот день, когда должны были распечатать мост, команда обнаружила проблему. Им нужно было немного уменьшить размер конструкции моста, и раньше это означало, что им пришлось бы значительно отложить печать. Вместо этого, с их новой структурой, им потребовалось всего около 10 минут, чтобы обновить свой дизайн.
Мост не только можно было легко распечатать, но он оказался настолько прочным, насколько и предсказывала команда. Соавтор Хаджин Ким-Таковяк сказал, что мост оказался «сверхсложным» и легко выдержал более 2000 фунтов веса. Ким-Таковяк сказал, что с помощью этой конструкции можно создавать гораздо более прочные мосты, добавив, что только «после 200 000 фунтов (это) вы можете начать думать о физике».
Результаты могут помочь улучшить будущие 3D-принтеры.
Команда утверждает, что их работа не только ускоряет время, необходимое инженерам для создания готовых к печати проектов сегодня, но и помогает выявить области, в которых бренды 3D-принтеров могли бы улучшить свою продукцию в будущем. В частности, они сказали, что ширина полосы, которую мог уложить принтер, имела удивительно большое значение для количества материала, необходимого для создания дизайна.
Мост, который они создали, был построен с использованием борта толщиной 4 см, но они обнаружили, что могли бы сократить количество необходимого бетона на целых 76%, если бы у них был принтер, способный укладывать бортик толщиной 1 см. По их расчетам, этот более узкий борт также не поставил бы под угрозу безопасность моста. Самая большая экономия материалов произошла, когда принтер использовался для создания одноразовых проектов, что, по словам команды, может быть особенно полезным, если его использовать для восстановления инфраструктуры после стихийных бедствий.
Несмотря на то, что 3D-печать бетона является многообещающим прорывом, все же остаются некоторые серьезные недостатки. Одним из самых важных является то, что в настоящее время нет возможности печатать железобетон, хотя команда говорит, что теперь они обращают свое внимание и на решение этой проблемы. Между тем, 3D-печатные дома уже становятся реальностью, хотя крупномасштабная 3D-печатная инфраструктура пока не станет обычным явлением.
