Океан никогда не был простым местом для строительства. Глубина, давление и ограниченная видимость делают даже обычное строительство и ремонт сложными и дорогостоящими, особенно если речь идёт об инфраструктуре, скрытой под поверхностью.

Переосмысление строительства на глубинном уровне

В Корнеллском университете исследователи изучают возможность устранения этих ограничений с помощью на месте строительства. Вместо того чтобы адаптировать традиционные наземные методы к подводным условиям, команда разрабатывает способ создания конструкций непосредственно на морском дне с помощью 3D-печати бетоном. Такой подход позволит строить морскую инфраструктуру там, где это необходимо, без предварительной сборки на суше или установки с поверхности.

В случае успеха этот метод может стать основой для более спокойной и адаптивной модели морского строительства, которая снизит как логистическую сложность, так и негативное воздействие на окружающую среду. «Мы хотим строить, не нанося вреда окружающей среде, — говорит Шрирамья Наир, доцент кафедры гражданского и экологического строительства в Корнеллском университете и руководитель проекта. — Если у вас есть подводное транспортное средство с дистанционным управлением, которое появляется на месте с минимальным воздействием на океан, то можно строить более разумно и не использовать те же методы, что и на суше».

Работа под руководством Корнеллского университета началась в 2024 году при поддержке Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA), которое поставило амбициозную задачу на год — разработать пригодный для 3D-печати бетон, который можно было бы укладывать на глубине нескольких метров под водой. В 2025 году команда получила грант в размере 1,4 миллиона долларов при условии выполнения ряда технических требований и участвует в конкурсе вместе с пятью другими командами. Конкурс состоится в марте этого года, когда каждая команда должна будет напечатать на 3D-принтере бетонную арку под водой.

Печать с использованием донных отложений в качестве сырья

DARPA добавило существенное ограничение: бетон должен состоять в основном из отложений морского дна с добавлением лишь небольшого количества цемента. Использование материалов местного производства уменьшило бы необходимость транспортировки больших количеств цемента морским транспортом, но это также создает существенные материальные и технологические проблемы. На сегодняшний день никто не производил 3D-печать конструкционного бетона с использованием отложений морского дна. “Никто не занимается этим прямо сейчас”, - сказал Наир. “Никто не берет осадок морского дна и не снимает с него отпечатки пальцев. Это открывает множество возможностей для переосмысления того, как может выглядеть бетон.

Устранение размыва и улучшение видимости под водой

Ещё одним серьёзным препятствием является вымывание, которое происходит, когда частицы цемента растворяются в воде до того, как успевают должным образом сцепиться, что ослабляет напечатанную структуру. Химические добавки могут помочь предотвратить это, но они также повышают вязкость, из-за чего материал становится более сложным для перекачивания и экструзии. «Когда вы добавляете эти химические вещества, смесь становится очень вязкой, и её невозможно перекачивать, — объясняет Наир. — Вы балансируете между перекачиваемостью и добавками, предотвращающими вымывание, и при этом следите за тем, чтобы материал сохранял форму и хорошо скреплялся между слоями».

Чтобы добиться такого баланса, команда часто проводит тестовые печати в большом резервуаре, наполненном водой, в лабораторном комплексе Bovay Civil Infrastructure при Корнеллском университете. Хотя контролируемая среда позволяет тщательно проверять расположение слоёв, прочность и геометрию, такая практическая оценка невозможна под водой в реальных условиях.

В результате исследователи также разрабатывают сенсорные системы и роботизированные средства управления, которые позволят осуществлять мониторинг и корректировку в режиме реального времени во время печати. После нарушения целостности донных отложений видимость под водой может снизиться практически до нуля, поэтому автономность становится необходимостью, а не просто удобством.

По мере приближения финальной демонстрации проект даёт представление о том, как аддитивное производство на месте может расширить возможности крупномасштабной 3D-печати в одной из самых сложных строительных сред на Земле.

*Все фотографии предоставлены: Райан Янг/Корнеллский университет

Источник