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