Novine u 3D štampi betona dolaze nam iz laboratorije američkog univerziteta Carnegie Mellon, gde istraživači razvijaju napredni simulator koji omogućava štampanje betonskih struktura bez dosadašnjih ograničenja uzrokovanih malom udaljenošću mlaznice od materijala koji se nanosi.
3D štampa prskanjem betona (Foto: Carnegie Mellon University Mechanical Engineering)
Iako se 3D štampa betona uveliko koristi kako bi se ubrzala gradnja i smanjili troškovi, dosadašnje tehnologije uglavnom se oslanjaju na ekstrudiranje materijala sloj po sloj, neposredno ispod mlaznice. Ovaj pristup ima ozbiljno ograničenje: ne dozvoljava štampanje oko armaturnih šipki zbog rizika od sudara, čime se umanjuje fleksibilnost dizajna i otpornost konstrukcija.
Na čelu tima koji pokušava da prevaziđe ove prepreke nalazi se profesor mašinstva Kenji Shimada iz Laboratorije za računarsko inženjerstvo i robotiku (CERLAB) pri Carnegie Mellon univerzitetu. Njihovo rešenje je softverski simulator 3D štampanja betona prskanjem.
Oglas
Shimada objašnjava da ovaj pristup koristi modifikovanu verziju betona koji se prska na površinu i time gradi strukturu uključujući i prostore oko armature. Ovakva fleksibilnost posebno je značajna u seizmički aktivnim područjima poput Japana i Kalifornije, gde se od konstrukcija zahteva visoka otpornost na potrese.
Kako bi ova tehnologija mogla da zaživi u praksi, bilo je neophodno razviti alat koji precizno predviđa kako će se beton ponašati tokom prskanja i kako će se učvrstiti u željeni oblik. Tim iz CERLAB-a stoga je konstruisao sofisticirani simulator sposoban da modeluje viskoelastična svojstva smeše betona za prskanje uključujući kapanje, odbijanje čestica, širenje i vreme stvrdnjavanja.
Simulator omogućava izvođačima radova da na osnovu CAD modela procene da li je 3D štampanje prskanjem pogodno za konkretan građevinski projekat.
Validacija sistema sprovedena je u Tokiju, u saradnji sa japanskom građevinskom kompanijom Shimizu Corporation, koja već koristi robote za 3D štampu prskanjem.
Prvi test je proveravao koliko precizno simulator može da predvidi visinu betona u zavisnosti od brzine mlaznice i rezultat je bio tačnost od 90,75%. Drugi test fokusirao se na štampanje preko armature - simulator je uspeo da predvidi širinu i debljinu sa tačnostima od 92,3% i 97,9%.
Soji Yamakawa, glavni autor naučnog rada objavljenog u časopisu IEEE Robotics and Automation Letters, istakao je da bi slična simulacija inače trajala satima ili danima. Međutim, njihov tim uspeo je da pojednostavi kompleksnu fizičku simulaciju u niz optimizovanih algoritama i struktura podataka - i to bez značajnog gubitka realističnosti rezultata.
Planovi za budući razvoj uključuju dodatno povećanje preciznosti putem faktora iz spoljne sredine, kao što su vlažnost vazduha, zatim poboljšanje performansi samog simulatora, kao i uvođenje simulacije gletovanja radi dobijanja glatkijih površina.
Kyshalee Vazquez-Santiago, doktorand iz oblasti mašinstva i vođa istraživačke grupe za mobilne manipulatore u okviru CERLAB-a, istakla je da robotika otvara vrata brojnim novim tehnologijama i mogućnostima koje tek treba razviti.
Navela je da je čak i u domenu 3D štampe betona reč o potpuno novom načinu primene koji donosi niz prednosti, ali istovremeno ostavlja mnogo prostora za dalja istraživanja i unapređenja.
