Ez az önjáró 3D nyomtató robot egész épületeket képes létrehozni teljesen önállóan

A háromdimenziós nyomtatással előállítható anyagok listája ma már nem csak a műanyagokra, hanem a fémre, az üvegre és az élelmiszerekre is...

A háromdimenziós nyomtatással előállítható anyagok listája ma már nem csak a műanyagokra, hanem a fémre, az üvegre és az élelmiszerekre is kiterjed. Az MIT kutatói tovább bővítették ezt a listát egy olyan rendszer kialakításával, amely képes 3D-ben kinyomtatni egy egész épület alapszerkezetét.

A kutatók szerint az ezen rendszerrel felépített szerkezetek gyorsabbak és kevésbé költségesek, mint a hagyományos építési módszerek. Az épületet egy adott helyszín igényeihez és a készítő kívánságaihoz lehet teljes mértékben igazítani. Még a belső struktúrát is új módon lehet módosítani. Különböző anyagokat lehet beépíteni, ahogy az eljárás végbemegy, és az anyag sűrűsége is változtatható, hogy optimális kombinációt biztosítson az erő, a szigetelés vagy más tulajdonságok között.

A kutatók azt mondják, hogy ez a megközelítés lehetővé teszi olyan új típusú épületek tervezését és kivitelezését, amelyek nem lennének megvalósíthatók a hagyományos építési módszerekkel.

A robotikus rendszert a Science Robotics című folyóiratban publikálta az elmúlt hónapban Steven Keating diplomás gépészmérnök, az MIT korábbi kutató munkatársa kollégáival, Julian Leland-el Levi Cai-el és Neri Oxmannal együtt. (1)

http
A rendszer egy olyan lánctalpas járműből áll, amely egy nagy, ipari robotkart hordoz, amelynek végén egy kisebb, precíziós mozgású robotkar van. Ez a pontosan szabályozható kar felhasználható bármilyen hagyományos vagy nem szokványos konstrukciójú fúvóka irányítására, például amilyeneket beton vagy szórásos szigetelőanyag esetén használnak, valamint további digitális gyártó eszközök, például marófej működtetésére.

A hagyományos háromdimenziós nyomtatási rendszerektől eltérően, amelyek többsége valamilyen zárt, rögzített szerkezetet használ a fúvókák támogatására, és csak olyan építési tárgyakra korlátozódik, amelyek beférnek a teljes ház belsejébe, ez a szabadon mozgó rendszer bármilyen méretű tárgyat képes felépíteni. A koncepció bizonyítékaként a kutatók egy prototípust használtak egy 15 méter átmérőjű, 3,5 méter magas domború fal alapszerkezetének felépítésére, amely kevesebb, mint 14 óra alatt készült el.

Az első tesztekhez a rendszer szigetelőhabból elkészítette a kész betonszerkezethez szükséges vázat. Ez az építési módszer, amelyben a poliuretán habformákat betonnal öntik ki, hasonlít a hagyományos kereskedelmi szigetelt beton zsaluzási technikákhoz. Ezt a megközelítést követve a kutatók kimutatták, hogy a rendszer könnyen hozzáigazítható a meglévő építési helyekhez és berendezésekhez, és a meglévő építési szabályzatokhoz is illeszkedik anélkül, hogy teljesen új értékelést kellene alkalmazni, magyarázta Keating.

Végső soron a rendszer célja, hogy önálló legyen. Fel van szerelve egy markolókanállal, amelyet fel lehet használni mind az épület felszínének elkészítésére, mind helyi építési anyagok beszerzésére, mint például a föld, a döngölt épületek felépítéséhez. Az egész rendszer elektromosan működtethető, akár napelemekkel is. Az ötlet az, hogy ilyen rendszereket telepítenének távoli régiókba, például a fejlődő világba, illetve nagy viharok vagy földrengés után a katasztrófa sújtotta területeken, hogy gyors és tartós menedéket biztosítsanak.

A végső cél az "a jövőkép, hogy legyen egy teljesen önálló rendszer, amit el lehet küldeni a Holdra, a Marsra vagy az Antarktiszra, amelyek aztán évekig építenék ezeket az épületeket," - mondja Keating.

"Az építőipar többnyire ugyanúgy csinálja a dolgokat, ahogyan évszázadokon keresztül tette," - mondja Keating. "Az épületek négyszögletesek, többnyire egyetlen anyagból épülnek fűrészekkel és szögekkel," és többnyire szabvány tervek alapján készülnek.

De Keating kíváncsi volt, mi lenne, ha minden épületet egyedivé lehetne tenni és a helyszíni környezeti adatok felhasználásával megtervezni? A jövőben az ilyen épületek tartóoszlopai optimális módon helyezhetők el a helyszínen földradar elemzésen alapulva, és a falak is eltérő tájolásúak lehetnek. Például egy épületnek vastagabb, szigetelt falai lehetnek az északi oldalon hideg éghajlaton, vagy olyan falak építhetők, amelyek kúposak alulról felfelé, mivel a teherbírási követelmények ezt lehetővé teszik, vagy lehetnek görbék, ami növeli a szerkezet szélnek való ellenállását.

Ennek az új háromdimenziós nyomtatási rendszernek a fúvókái módosíthatók az öntendő anyag sűrűségének megváltoztatása érdekében, sőt, még a különböző anyagok összekeveréséhez is. A kezdeti vizsgálatok során használt verzióban a készülék olyan szigetelő hab burkolatot hozott létre, amely a beton öntése után a helyén marad. A végső belső és külső felületi anyagokat közvetlenül a hab felületére lehet felvinni.

A rendszer bonyolult alakzatokat és túlnyúló részeket is létrehozhat, amit a csapat egy széles, beépített paddal demonstrált a prototípus kupolában. Minden szükséges kábelezés és vízvezeték beilleszthető a hab formába, mielőtt a betont kiöntik, ami egyszerre kész falszerkezetet biztosít.

Keating szerint a csapat elemzése azt mutatja, hogy az ilyen építési módszerek gyorsabbá és kevésbé költségessé válhatnak, mint a jelenlegi módszerek, és sokkal biztonságosabbak is lehetnek. Az építőipar az egyik legveszélyesebb foglalkozás, és ez a rendszer kevés emberi munkát igényel. Ezen felül, mivel az alakzatok és a vastagságok optimalizálhatók a szerkezeti szükséglet szerint, a szükséges anyagok teljes mennyiségét is csökkenteni lehet.

"Számomra ez nem csupán egy nyomtató, hanem egy teljesen újfajta gondolkodásmód, ami megkönnyíti a digitális gyártás paradigmaváltását, de az építészeti tervezést is. A rendszerünk a digitális konstrukciók jövőjét is képviseli, amely új lehetőségeket jelent bolygónkon és azon túl," - mondta Keating. (2)

(1) - http://robotics.sciencemag.org/content/2/5/eaam8986
(2) - https://www.sciencedaily.com/releases/2017/04/170426183028.htm