Сверхлёгкая бетонная стена для 3D-печати

Shell Wall, первая легкая структурно-армированная бетонная стена произвольной формы, напечатанная на 3D-принтере, облегчает практическую реализацию 3D-печати бетона (3DCP) с теплоизоляцией, при этом требуется значительно меньше бетона и арматуры. Инновационная технология лаборатории DART позволяет безотходно строить бетонные конструкции и эффективно использовать материал, размещая его именно там, где он необходим для конструкционных целей.

вид спереди и сзади подчеркивает уменьшение расхода материала, достигнутое за счет тонкой мембраны между структурными ребрами в высокой, дважды изогнутой стене.

Достижение основано на исследованиях и разработках лаборатории DART по использованию технологии 3D-печати для создания оптимизированных конструкций, которые сводят к минимуму использование бетона в строительстве. На сегодняшний день 3D-печать с использованием неплоской траектории инструмента широко используется с полимерными материалами, однако в меньшей степени с бетоном – из-за проблем с получением точной сложной геометрии, временем отверждения и других факторов.

перспектива демонстрирует изогнутую тонкую мембрану между структурными ребрами

Под руководством профессора Колледжа Таубмана и директора лаборатории DART доктора Маниа Агайи Мейбоди (Mania Aghaei Meibodi) команда создала вычислительную модель, которая объединяет неплоское и переменное нанесение материала на основе формы и геометрических особенностей деталей с оптимизированной топологией. Модель автоматически генерирует данные для 3D-печати, траекторий движения инструментов, не связанных с планировщиком, и переменных скоростей экструзии материала на основе заданных данных о реологии бетона, что позволяет неопытным пользователям легко адаптироваться к успешной 3D-печати деталей.

демонстрация наложения неплоских слоев и элегантного перехода от мембраны к структурированным ребрам с армированием арматурой

Одна из расширенных функций включает в себя возможность регенерировать формы, точно соответствующие первоначальной оптимизации процессов, с учетом ограничений, связанных с изготовлением и материалами: автоматическое предложение альтернативных геометрических элементов на этапе проектирования там, где осажденный материал может разрушиться из-за острого угла (пример – консоль) или где робот может “столкнуться с собой”.

Shell Wall реализует вариант с материалом, распределенным в виде иерархической сетки изогнутых ребер диаметром от 65 до 150 миллиметров. Ненесущие области между этими ребрами имеют глубину всего 6,5–8 сантиметров, что позволяет разместить изоляцию между двумя бетонными оболочками толщиной всего 2,5 миллиметра. Бетонные поля между ребрами имеют куполообразную форму для повышения устойчивости и минимизации расхода материала. Shell Wall весит всего 160 кг, что на 72% меньше по сравнению с обычной сплошной бетонной стеной такого же размера.

Благодаря использованию общедоступного бетона, а не узкоспециализированных смесей, разработка также уменьшает проблемы, с которыми сталкивается строительная отрасль: нехватка материалов и рабочей силы, растущие глобальные выбросы CO2 и новые правила — и в то же время позволяет удовлетворить растущий спрос на дома и инфраструктуру, необходимую для строительства.

DART также продолжает развивать модель, чтобы повысить доступность и адаптируемость для подрядчиков и строителей, а также предоставить доступные варианты строительства для домовладельцев и тех, кто нуждается в недорогом жилье.