Абхиманью Гошал
Под поверхностью наших океанов находится множество объектов важнейшей инфраструктуры: автомобильные и железнодорожные тоннели, соединяющие материки, нефте- и газопроводы, силовые кабели, связывающие острова и страны, подводные исследовательские станции, а также затопленные плотины и гидроэлектростанции.
Всё это строилось и поддерживалось с невероятной тщательностью. Инженеры сталкивались с суровыми условиями окружающей среды в воде, определяли доступ к местам реализации проекта и учитывали ограничения, связанные с материалами, которые должны выдерживать коррозию и давление под водой.
Агентство перспективных оборонных исследований США (DARPA) хочет выяснить, существует ли более простой способ морского строительства — можно ли просто печатать такие объекты на 3D-принтере под водой?
Поэтому в 2024 году был объявлен конкурс на разработку метода трехмерной печати бетоном (3DCP) и варианта материала, который можно было бы использовать под водой. Кроме того, материал должен был включать в себя донные отложения, чтобы уменьшить необходимость транспортировки больших объемов материала в море каждый раз, когда нужно было что-то построить.
Исследователи из инженерного колледжа имени Дэвида А. Даффилда Корнельского университета приняли участие в соревновании с пятью другими командами в решении этой загадки. Возглавляемая профессором гражданского и экологического строительства Шрирамьей Наир и привлеченная междисциплинарными коллегами, команда Корнельского университета расширила свою работу, начав с 3D-печати крупномасштабных бетонных конструкций с использованием роботизированной системы весом 6000 фунтов (2722 кг), и разработала новый двухэтапный метод 3D-печати бетона.
Двухступенчатая система позволяет преодолеть одну из главных трудностей подводного строительства: предотвратить ослабление материала, когда осажденные частицы цемента не могут прочно сцепиться друг с другом. Обычно это решается с помощью так называемых химических добавок, но они значительно увеличивают вязкость смеси, до такой степени, что 3D-принтер не может ее откачать.
Решение команды заключается во впрыскивании добавки в сопло: это позволяет плавно подавать бетонный материал и быстро затвердевать при нанесении. Поскольку добавка вводится в этом двухэтапном процессе, а не смешивается с базовой смесью, это позволяет компенсировать колебания температуры и изменения скорости печати и скорости нанесения слоев. В статье, опубликованной в журнале Cement and Concrete Composites в ноябре прошлого года, команда отметила, что это обеспечивает точное и эффективное строительство.
«Как оказалось, с нашей смесью мы действительно можем осуществлять 3D-печать под водой, внеся корректировки с учетом постоянного воздействия воды», — сказал руководитель проекта Наир.
В мае прошлого года команда получила грант в размере 1,4 миллиона долларов США на свои исследования. С тех пор она продемонстрировала множество тестовых отпечатков в большой ванне с водой в лаборатории Корнельского университета, где может оценить прочность, форму и текстуру каждой бетонной арки, которая укладывается.
Чтобы воспроизвести подобный мониторинг в открытом море и под водой, где мелкие донные отложения могут сделать воду мутной и затруднять видимость при воздействии внешних факторов, исследователи установили на роботизированной руке блок управления с датчиками, которые проверяют качество печати, то есть, как наносятся слои. Это позволяет им вносить корректировки в параметры печати в режиме реального времени.
В следующем месяце команды-участницы конкурса 3DCP сразятся друг с другом, напечатав на 3D-принтере подводную арку, чтобы определить, чья работа окажется лучшей. Команда из Корнеллского университета соревнуется со временем, чтобы объединить все свои инновации и завоевать главный приз.
Источник: New Atlas
Перевод с английского
Photos: Cornell University
Читайте также:
«X»: планы футуристического крупнейшего аэропорта в Африке
Очки с автофокусом следят за вашими глазами и соответствующим образом корректируют фокус
Coffee Time journal
Твой журнал на каждый день!
