Бетонный мост напечатали за 30 минут — видео
Длина его немногим более двух метров — зато он выдержал нагрузку 900 кг.
Администратор
В Массачусетском технологическом институте (MIT) разработали алгоритм расчета моделей для изготовления бетонных ферменных конструкций на 3D-принтере и проверили ее, напечатав мост. Методика топологической оптимизации описана в журнале Additive Manufacturing.
За аддитивными технологиями строительства — будущее. Они экономнее и экологичнее традиционных способов, не говоря уж о том, что несравнимо быстрее. Проблема в принтерах — далеко не каждую идеально спроектированную на компьютере конструкцию они могут воспроизвести.
В поисках решений, как обойти эти аппаратные ограничения, исследователи MIT отправились на инженерный интенсив, который проводил Технологический центр Autodesk в Бостоне. Совместно с операторами крупноформатных печатных машин были определены особенности оборудования, которые превращаются в узкие места — толстые сопла, недостаточная маневренность и необходимость печатать непрерывной линией без остановок.
«Они показали на наши острые углы и сказали: "Я не возьмусь печатать такое"», — вспоминает инженер-строитель Хаджин Ким-Таковяк, ведущий автор исследования.
Все выявленные в этих разговорах ограничения авторы модели обошли, применив смешанное целочисленное программирование. Результатом стала оптимизация не только топологии, но и расхода материала, а также радикальное ускорение расчетов.
Две минуты — и можно печататьПо словам Ким-Таковяк, для проектирования печатных конструкций обычно сначала оптимизируется форма, а затем требуется «огромный объем постобработки». Их же система генерирует готовые к печати проекты примерно за две минуты на обычном ноутбуке. Когда в день печати понадобилось чуть уменьшить размер моста, оптимизацию просто запустили заново и через 5–10 минут получили обновленный проект.
«Если вернуться на пять-десять лет назад, тот решатель, который мы использовали, даже три года назад не справился бы с этими задачами. Эту область долго обходили стороной, потому что считали тупиковой. Но с новыми алгоритмами и вычислительными мощностями она становится вполне работоспособным инструментом», — говорит инженер-строитель Зейн Шеммер, еще один ведущий автор, отвечавший за математическую часть проекта.
Чтобы проверить свою методику, исследователи снова отправились в центр Autodesk и напечатали бетонный мост длиной 2,3 метра.
«На печать ушло немногим более 30 минут, и мы использовали обычную строительную сухую смесь», — рассказывает профессор Джозефин Карстенсен, руководившая исследованием.
При испытаниях конструкция весом примерно 400 кг выдержала распределенную нагрузку более 900 кг, практически не прогнувшись, что полностью совпало с ожидавшимися результатами.
Не ошибка, а направление работыПо сравнению с традиционными технологиями литья расход бетона оказался на 14% меньше. А если бы производители принтеров сузили толщину выдавливаемой дорожки с 4 до 1 см, экономию можно было бы довести до 76%, подсчитали исследователи.
По завершении испытаний тяжестью мост преподнес своим создателям неприятный сюрприз: рабочий приподнял его за угол, чтобы подмести, и конструкция рассыпалась. Это не ошибка проектирования, а практическое указание на дальнейшее направление работы, по которому авторы и так намерены следовать.
«Очевидно, чисто бетонную конструкцию сложно назвать оптимальной, поэтому мы движемся в сторону привычного нам мира — железобетона. Однако вопрос, как подавать арматуру в печатаемую бетонную конструкцию, сам по себе становится отдельной нетривиальной задачей», — заключила Ким-Таковяк.
В Европе напечатали на 3D-принтере крупнейший жилой дом: видео
В Китае построен самый высокий мост в мире
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX
