Исследователи США разработали метод 3D-печати бетонных конструкций, позволяющий создавать проекты с учетом реальных ограничений печатного оборудования. В ходе испытаний напечатанный по этой технологии мост длиной 2,3 метра выдержал нагрузку более 900 килограммов.
Ранее крупногабаритные 3D-принтеры не могли в полной мере воспроизводить сложные формы, оптимизированные компьютерными алгоритмами, что ограничивало возможность экономии материалов. Предложенная математическая модель интегрирует реальные ограничения печатного оборудования непосредственно в процесс создания цифрового проекта.
Разработанное программное обеспечение использует метод смешанной целочисленной оптимизации и учитывает такие параметры, как минимальный радиус поворота сопла и необходимость печати непрерывной линией. Это позволяет генерировать готовые к печати модели на обычном ноутбуке в течение нескольких минут. Ранее подобные задачи были трудноразрешимыми из-за вычислительной сложности, однако современные алгоритмы сделали их выполнимыми.
В ходе эксперимента команда напечатала бетонный мост длиной 2,3 метра. Вес самой конструкции составил около 400 килограммов. Испытания показали, что мост успешно выдержал нагрузку более 900 килограммов, уложенных на его поверхность в виде бетонных блоков, при этом значительных деформаций зафиксировано не было. Результаты испытаний совпали с данными, полученными в ходе моделирования.
Один из неожиданных выводов исследования заключается в том, что вплоть до определенного уровня нагрузки физические характеристики конструкции определялись не столько свойствами бетона, сколько возможностями печатающего устройства. Это позволило авторам количественно оценить потери эффективности использования материала, связанные с аппаратными ограничениями. В частности, расчеты показали, что уменьшение ширины печатного слоя с 4 до 1 сантиметра может снизить расход бетона на 76%.
Среди преимуществ метода отмечается отсутствие необходимости в дорогостоящей опалубке, что делает технологию перспективной для быстрого возведения объектов в зонах стихийных бедствий. В то же время конструкция, как и обычный бетон, остается чувствительной к растягивающим нагрузкам. В связи с этим следующим этапом работы станет изучение возможности интеграции армирующих элементов в процесс 3D-печати, что, однако, связано с дополнительными техническими сложностями.
Читайте также: Спутниковая станция «Нептун-120» от Ростеха выдерживает ураганный ветер и арктический шторм.