Под повърхността на моретата и океаните се крие критична инфраструктура – тръбопроводи за нефт и газ, електропроводи и комуникационни трасета и какво ли още не. Да се строи под водата обаче е нелека задача. Оказва се, че 3D печатът може да осигури много по-лесен начин за подводно строителство.
Агенцията за напреднали изследователски проекти в областта на отбраната на САЩ (DARPA) се е заела да проучи дали има по-лесен начин за морско строителство – можем ли просто да 3D печатаме такива проекти под вълните?
През 2024 г. тя отправи предизвикателство за разработване на метод и вариант на материал за триизмерен печат на бетон (3DCP), които биха могли да работят под вода. Материалът трябваше да включва седименти от морското дъно, за да се намали необходимостта от транспортиране на големи количества от него до офшорното място всеки път, когато нещо трябва да се построи.
Няколко екипа от учени се надпреварваха да предложат най-добро решение. Изследователите от Инженерния колеж „Дейвид А. Дъфийлд“ към университета Корнел изглежда са фаворити, водени от професора по гражданско и екологично инженерство Шрирамя Наир и придружени от интердисциплинарни сътрудници.
Екипът предложи метод за 3D печат на големи бетонни конструкции, използвайки роботизирана система с тегло 2722 кг, и разработи нов двуетапен 3DCP метод.
Двуетапната система решава основно предизвикателство в подводното строителство: предотвратяване на отслабването на материала, когато отложените циментови частици не се свържат плътно. Това обикновено се решава с така наречените химикали за примесване, но те значително увеличават вискозитета на сместа, до степен, че 3D принтерът не може да я изпомпа.
Решението на екипа включва инжектиране на добавка в дюзата; това позволява бетонният материал да се изпомпва плавно и бързо да се втвърди при отлагане. Тъй като се добавя в този двуетапен процес, вместо да се смесва с основната смес, това позволява компенсиране на температурните колебания и вариациите в скоростта на печат и скоростта на отлагане на слоевете.
Екипът отбеляза в статия, публикувана в „Cement and Concrete Composites“ миналия ноември, че технологията осигурява прецизно и ефективно строителство. „Оказа се, че с нашата смес всъщност можем да печатаме 3D под вода, като правим корекции, за да отчетем непрекъснатото излагане на вода“, каза ръководителят на проекта Наир.
Екипът получи грант от 1,4 милиона щатски долара миналия май за своите изследвания. Оттогава учените демонстрираха множество тестови разпечатки в голяма вана с вода в лаборатория в Корнел, където може да оцени здравината, формата и текстурата на всяка отлагана бетонна арка.
За да възпроизведат същото в открито море и под вода – където фините седименти на морското дъно могат да направят водата мътна и трудна за виждане – изследователите вградиха контролна кутия, монтирана на роботното рамо, със сензори, които проверяват качеството на печат, т.е. как се отлагат слоевете. Това им позволява да правят корекции в настройката за печат в реално време.
Състезаващите се отбори в 3DCP предизвикателството ще се изправят един срещу друг следващия месец, за да отпечатат арка под вода и да видят кой ще я изработи най-добре. Екипът от Корнел се състезава с времето, за да обедини всички свои иновации в опит да спечели наградата.
