 В наши дни 3D печать никогда сходит с глаз общественности. Ее обширный и творческий массив приложений постоянно растет - от медицинских имплантатов до огнестрельного оружия. Теперь архитекторы и инженеры-проектировщики начали экспериментировать с технологией, чтобы в буквальном смысле изменить мир, в котором мы живем.
Нет никаких сомнений, что 3D печать имеет большой потенциал для реализации крупномасштабных проектов - таких как здания и мосты. Она может реализовать сложные формы, которые были бы недостижимы с использованием стандартных методов строительства. Она может изменить существующие структуры, например, установив больше изоляции на наружных стенах, или больше силы в лестничных клетках. Строительство с помощью 3D-печати может дойти до такой крайности, что здание может быть напечатано вместе со всей своей сантехникой, трубопроводами и электропроводкой на месте.
Хотя все это уже звучит довольно интересно, чего же 3D-печать может реально достичь прямо сейчас, в настоящее время?
Технология 3D-печати имеет две выдающиеся особенности: она может манипулировать рядом материалов, и она также может помочь уменьшить количество отходов. В то время как более дешевые машины будут ограничены пластмассами, более сложные 3D принтеры могут сливать вместе такое сырье, как гипс (меловая пыль), металлический порошок (как сталь) или полимеры (нейлоны) в полные объекты.
Подобно тому, как обычный принтер может производить целый спектр цветов путем смешивания различных пропорций голубых, пурпурных и желтых чернил, передовые 3D принтеры могут объединить два или более материалов для изменения физических свойств печатных объектов: цвета, прочности, электропроводности и даже теплоизоляции.
Эти передовые принтеры работают путем разбрызгивания порошкообразных материалов на поверхность области печати слой за слоем, сплавляя частицы каждого слоя вместе в соответствии с заданной конструкцией. После завершения печати избыток порошка можно просто стряхнуть и повторно использовать, оставив только слитый материал в желаемой форме. Это гораздо эффективнее, чем стандартная практика вырезания большого блока материала с целью придания нужной формы.
Но технология имеет свои ограничения для архитекторов и инженеров главным камнем преткновения на сегодняшний день является размер. Как правило, печатный объект должен быть меньше, чем машина, которая печатает его. Архитекторы и инженеры пытаются придумать изобретательные способы, чтобы решить эту проблему. Некоторые из последних и самых больших идей были представлены на крупном симпозиуме прошлым летом.
Например, инжиниринговая фирма Arup создала процесс 3D-печати, который соединяет вместе стальные трубы, используя лишь четверть материала при стандартном процессе.
Между тем, в проекте 3D Print Canal House, технологи решении проблемы размера напрямую. Они расширили существующие технологии, чтобы создать шестиметровый 3D-принтер, способный производить пластиковые стеновые панели с очень сложными формами, которые затем заполняются бетоном для прочности конструкции. В то же время китайская фирма Winsun разработана очень большой принтер, который использует жидкий бетон при производстве полноразмерных, 3D-печатных строительных панелей, которые могут быть собраны в готовую структуру.
Голландской фирме MX3d удалось еще ближе подойти к распечатке всей структуры из одного куска. Исследователи разработали 3D-печатную роботизированную руку, выдавливающую расплавленную сталь, которая быстро охлаждается и затвердевает.
Поскольку робот может передвигаться по рельсам, или даже на самой конструкции, он может осуществлять 3D-печать на открытом воздухе. Фирма надеется напечатать стальной пешеходный мост над Амстердамским каналом, но им еще предстоит найти подходящее место.
Исследователи из Университета Бата участвуют в еще более масштабном проекте, чтобы разработать автоматизированных и летающие дронов, осуществляющих 3D-печать. Они будут иметь возможность печатать 3D здания, без ограничения быть прикрепленными к земле.
Несмотря на все эти события, остаются несколько препятствия сохраняются. Строительство зданий и 3D-печать требуют материалов с особыми свойствами - и эти требования не всегда совпадают.
Например, бетон кажется очевидным выбором для 3D-печатной архитектуры, так как его можно транспортировать в виде жидкости и, он становится очень жестким при затвердевании. Но в то же время бетон является сильным в сопротивлении ко сжатию, но при этом не очень хорошо реагируют на растяжение. Бетонные полы, как правило имеют стальную арматуру в нижней части, чтобы противостоять напряжению, которое приводит к искривлению. Поэтому 3D печать с помощью бетона не станет эффективной, если только не найти способ улучшить его устойчивость к растяжению.
В настоящее время исследования в данной области сосредоточена на внедрении небольших волокон в жидком бетоне, чтобы обеспечить некоторую прочность на разрыв без ущерба к его способности проходить через 3D печатные машины. Другие ищут способы автоматической «печати» арматурных стержней в бетоне.
Более того, мы еще многого не знаем о структурной прочности 3D печатных объектов - в частности, эффекта наращивания твердого объекта из тонких слоев. Эта информация имеет решающее значение, чтобы иметь уверенность в способности 3D-печатных зданий выдерживать как условия постоянной эксплуатации, так и экстремальные условия, такие как землетрясения или шторма.
Важно, чтобы убедиться, чтобы 3D-печать не просто стала решением в поиске проблемы. В конце концов, зачем использовать декоративного, сваривающего сталь робота для строительства экологически устойчивого моста, когда он может быть построен с помощью простых деревянных досок? В то время как 3D печать, без сомнения, станет ценным инструментом в арсенале будущих архитекторов, необходимо разумно использовать ее по мере необходимости.
|
