Трёхмерный принтер возведёт на Луне песочные базы

Традиционные методы постройки зданий из бетона и кирпича при всей своей распространённости требуют задействования большого количества людей, кроме того они существенно ограничивают фантазию архитекторов. Как обойти эти трудности придумал итальянский инженер, который теперь может распечатывать здания любой формы на принтере.

Люди редко задумываются над тем, насколько подчас тяжело архитекторам реализовать задуманное на практике. Иногда здание необычной формы стандартными методами возвести невозможно в принципе. Энрико Дини (Enrico Dini), всегда восхищавшийся творениями Антонио Гауди, не захотел мириться с таким положением дел и в 2004 году запатентовал метод трёхмерной печати в натуральную величину, который позволял создавать здания из обычного песка и эпоксидной смолы.

Отметим, что Дини в своё время выучился на инженера-строителя. Впрочем, по-другому и быть не могло: в его семье было множество математиков, учёных и инженеров. Энрико сменил массу областей деятельности, создавая роботизированные системы самого разного назначения, а чуть позже начал развивать и своё собственное дело. В результате появилась фирма Monolite UK, которая к 2007 году сменила некоторые технологические приёмы и переросла в компанию D-shape, по названию применяемой технологии.

Методы трёхмерной послойной печати иногда обобщённо называют стереолитографией (stereolithography). Кстати, идея Энрико отнюдь не нова: мы уже рассказали об исследователях, демонстрировавших прообраз печати домов (фото с сайта blueprintmagazine.co.uk).

Дини и его соратники придумали, как создавать строения и скульптуры необычного вида, послойно печатая их на гигантском аналоге почти обычного принтера.

Сначала сопла махины по заданному компьютерной программой шаблону распыляют тонкий слой песка, затем поверх него накладывается связующий материал, который заставляет песок превратится в массу, напоминающую камень. Роботизированная аппаратура наносит слой за слоем, постепенно выстраивая объект необходимой формы.

Поначалу в роли связующего выступали эпоксидные смолы. И хотя при их помощи удалось добиться довольно-таки приличного разрешения печати, у них были и свои недостатки. Прежде всего, приходилось использовать дорогостоящие сопла, замешивающие двухкомпонентное органическое связующее прямо внутри печатающей головки.

К тому же конечная конструкция получалась легковоспламеняющейся и не экологической (смолы испускают токсичные пары и неудобны в утилизации). Ещё один недостаток смол в том, что созданные с их помощью объекты имели слишком высокую способность к деформации, что неприемлемо для несущих конструкций. Существовала и другая, чисто техническая проблема: низкая скорость печати.

Преимущество нового метода ещё и в том, что при производстве исходных материалов в атмосферу не выбрасывается углекислый газ (если сравнивать с процессом создания цемента) (фото с сайта blueprintmagazine.co.uk).

Позже Энрико начал искать экологически чистый, дешёвый материал с низкой вязкостью. Ничего подобного на рынке строительных услуг не было, и пришлось подключить собственные ресурсы. В 2007 году D-shape получила патент на систему, использующую в качестве связующего неорганические вещества.

Так отпала необходимость использовать сложные сопла: смешивание компонентов происходило вне них, они перестали забиваться. Кроме того, в ход теперь можно было пускать песок практически с любым размером песчинок. Весь процесс упростился и стал обходиться дешевле.

Производительность первой версии принтера примерно 2500 квадратных метров площадей в год. Кстати, лишний песок, оставшийся после печати, может быть использован в других проектах (фото с сайта blueprintmagazine.co.uk).

Сейчас D-shape способна создавать объекты любой кривизны в четыре раза быстрее обычных способов. При этом стоимость получаемых конструкций в два раза ниже стандартной (и это несмотря на то, что начальные материалы обходятся дороже бетона). А ещё новый метод печати-строительства практически безотходный.

Со стороны принтер D-Shape похож на гигантскую алюминиевую конструкцию. Но при всей своей кажущейся громоздкости она довольно легкая (весит около 1300 килограммов). Собрать/разобрать принтер может всего пара рабочих, на это у них уйдёт несколько часов.

Схема гигантского принтера. Вертикальные колонны можно удлинить до 9-12 метров. Электропневматическое устройство может поднимать раму с печатающей головкой с шагом 0,1 миллиметра. Головка оснащена 300 соплами, управляемыми сервомоторами (иллюстрация D-Shape, фото с сайта blueprintmagazine.co.uk).

Машина представляет собой квадратную площадку, по бокам которой расположены своеобразные рельсы, а по углам – вертикальные колонны. По ним передвигается рама с печатающей головкой. Нанося новый слой она каждый раз поднимается на высоту 5-10 миллиметров. Теоретическое разрешение печати – 25 точек на дюйм, но в ходе тестов были достигнуты значения в 4-6 dpi.

На полное затвердевание конструкции уходит около суток, после чего материал, благодаря образующейся структуре, становится похожим на мрамор. Он прочнее бетона и не требует дополнительного армирования.

При этом напечатать можно не только стены строения, но и внутренние перегородки, короба для проводки и воздуховодов, а также полые колонны и даже лестницы.

Конструкцию можно воспроизвести целиком (размеры ограничивают лишь длина и ширина площадки принтера – 6 на 6 метров), а можно по частям; как на месте строительства, так и вдали от него, после чего перевести детали в нужное место.

Первой пробой пера стал павильон "Радиолярия" (Radiolaria) площадью около девяти квадратных метров, который команда Дини разрабатывала совместно с лондонским архитектором Андреа Морганте (Andrea Morgante). Уже известно, что необычную беседку установят на территории итальянского города Понтедера (Pontedera).

"Радиолярия" сразу после печати, которая заняла около двух недель, и ещё через неделю, после окончания процесса шлифовки. Высота конструкции составила два метра, а стоимость материалов (песок и связующее) – всего лишь ?60 ($93). На фото справа – архитектор Морганте (фото D-Shape).

Конструкция представляет собой подобие минерального скелета радиолярий, простейших морских одноклеточных организмов. Архитектор создавал эскиз павильона в системе автоматизированного проектирования. Затем заготовку вывели на печать. Как отмечают итальянцы, теперь никакие посредники не могут исказить идеи автора проекта. Какой он конструкцию задумал, такой она и предстанет на суд зрителя.

Жители Понтедеры могут гордиться, в их городе возведут первую напечатанную постройку (иллюстрация D-Shape).

Сейчас Энрико и его коллеги ведут переговоры со многими строительными и проектирующими компаниями. Но, пожалуй, самым интересным заказом D-Shape может стать строительство базы для космонавтов на Луне. И действительно, если можно строить здания из песка и пыли, то почему бы не попробовать сконструировать их из лунного грунта реголита? Видимо, та же мысль пришла в голову Дини.

О том, как воплотить эту идею в жизнь, Энрико со товарищи теперь раздумывают совместно с Высшей нормальной школой в Пизе (La Scuola Normale Superiore), архитектурной компанией Нормана Фостера (Foster + Partners) и фирмой Alta Space.

Именно им в рамках программы Aurora, проводимой Европейским космическим агентством, было поручено придумать модификацию принтера D-Shape для строительства лунной базы. Уже известно о планах Дини опробовать технологию в вакуумных камерах Alta Space, симулирующих разреженную "атмосферу" нашего спутника.

Новинка, наверняка, порадует архитекторов, которые мыслят нестандартными формами, считает Дини. Подробнее о D-Shape рассказывает этот PDF-документе (фото с сайта blueprintmagazine.co.uk).

В ближайших же планах итальянцев создать "дворовую" версию принтера. Ведь пока он способен возвести конструкцию, размеры которой не выходят за рамки тех самых шести метров. А так как хочется получить ещё больший простор для воплощения фантазий, необходимо расширится.

В связи с этим Дини активно привлекает на своё предприятие молодых и не менее безбашенных, чем он сам, специалистов. Глядишь, и через несколько лет никто не сможет помешать Энрико возвести копию собора Святого Петра.