Ученые Брауншвейгского технического университета опубликовали исследование, рассматривающее технологию 3D-печати бетоном в опорной среде из гидрогелей или известкового молока. Эта методика позволяет выращивать изделия в любом направлении без необходимости в опорных структурах, значительно повышая свободу дизайна.

В 2017 году исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) продемонстрировали необычную технологию 3D-печати двухкомпонентным полиуретаном в гелевой среде под названием Rapid Liquid Printing (на иллюстрации ниже). Головка 3D-принтера впрыскивает один из компонентов в емкость с гидрогелем и вторым компонентом, при этом гидрогель удерживает материал на месте до его полной полимеризации.

Такая схема позволяет выращивать изделия не послойно, а в любом направлении. Спустя год MIT и BMW продемонстрировали возможности новой технологии на опытных 3D-печатных пневматических системах-трансформерах из надувных подушек. Теперь нечто очень похожее (технологию, не подушки) делают немецкие ученые, но не с полиуретаном, а с бетоном.

Идея в целом та же: в нынешнем виде 3D-печать бетоном основана на послойной укладке строительных смесей в горизонтальной плоскости, что серьезно ограничивает геометрическую сложность, свободу дизайна, а заодно и производительность. Теоретически, это проблему можно решить, если печатать во взвешенном состоянии, как это сделала команда из MIT. Новый вариант технологии получил название Injection 3D Concrete Printing или I3DCP.

Здесь следует упомянуть, что немецкие ученые не первые, кому пришла в голову идея печатать подобным образом бетонные изделия. Пару лет тому назад успехов в этом направлении добился французский стартап Soliquid, сумевший, например, вырастить в гидрогелевой среде с помощью шестиосевого робота искусственный коралловый риф массой около двух с половиной тонн. Правда, делалось это по частям из-за ограничений по объему емкости с опорным материалом (см. иллюстрацию выше). В этом и заключается одна из, но не единственная проблема новой технологии. Есть и другие пока еще не до конца изученные моменты, например возможность повторного использования опорного материала, относительная плотность среды и используемой смеси, а также себестоимость при использовании разных опорных материалов.

На иллюстрации выше показан один из примеров 3D-печати по новой технологии уже в исполнении немецких исследователей — модуль опорной конструкции моста размером около метра. Этот образец выращен не в гидрогелевой среде (хотя с ней тоже экспериментируют), а в известковом молоке, то есть суспензии известняка. Известковое молоко выбрано как раз как более дешевая и многоразовая альтернатива гидрогелю. К тому же, плотность и вязкость такой суспензии легче довести до кондиции, чтобы бетон не просаживался сразу после экструзии.

Все это пока что ранние эксперименты, и ученым предстоит провести еще немало опытов. Например, планируется отработать регулировку толщины бетонных «нитей» за счет изменения скорости подачи смеси. Доклад научной команды опубликован по этой ссылке.

3D-печать бетоном во взвешенном состоянии в исполнении Soliquid:

Источник