Druk 3D na dnie morza. Naukowcy zmieniają zasady budowania

Druk 3D w budownictwie. "Minimalna ingerencja w ocean"

Zespół naukowców z Cornell University w Nowym Jorku planuje wykorzystać trójwymiarowy druk betonem na dnie oceanu. - Chcemy budować tak, aby nie zakłócać środowiska - podkreśliła kierująca projektem Sriramya Nair, autorka artykułu opublikowanego w "Cell Reports". - Jeśli będziemy mogli używać zdalnie sterowanego pojazdu podwodnego, który będzie działał na miejscu i będzie wymagał minimalnej ingerencji w ocean, otworzy nam to drogę do bardziej świadomego budowania - bez przenoszenia na morze tych samych praktyk, które stosujemy na lądzie.

Projekt rozpoczął się jesienią 2024 roku, kiedy to DARPA (amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności Departamentu Obrony) ogłosiła nabór wniosków na opracowanie betonu do druku 3D, który można osadzać pod wodą na głębokości kilku metrów. Agencja oczekiwała gotowej propozycji, dając na to rok.

- Kiedy pojawiło się ogłoszenie o naborze wniosków, powiedzieliśmy - "Hej, po prostu spróbujmy i zobaczymy, co z tego wyjdzie, żebyśmy przynajmniej zrozumieli, jakie stoją przed nami wyzwania" - opowiada prof. Nair. Jej zespół pracował już wcześniej z ważącym około 2700 kg robotem przemysłowym do drukowania wielkoskalowych struktur betonowych w 3D. - Okazało się, że dzięki naszej mieszance faktycznie możemy drukować także pod wodą, wprowadzając poprawki uwzględniające ciągły kontakt z wodą - dodała ekspertka.

Podwodny druk to wiele wyzwań

Jak zaznaczają naukowcy, druk pod wodą wiąże się z licznymi trudnościami - jednym z nich jest wymywanie, czyli sytuacja, gdy cząsteczki cementu nie łączą się podczas nakładania, co osłabia strukturę materiału. Najczęściej problem ten rozwiązuje się przez dodawanie domieszek chemicznych, jednak one również powodują kolejne komplikacje.

- Kiedy doda się te chemikalia, mieszanka staje się bardzo lepka i nie da się jej pompować. Trzeba więc balansować między łatwością pompowania a zastosowaniem tych środków zapobiegających wymywaniu. W momencie wyciskania, nawet jeśli nie dochodzi do wymywania, materiał musi być w stanie utrzymać swój kształt i dobrze połączyć się z innymi warstwami. W grę wchodzi tutaj wiele parametrów jednocześnie - tłumaczyła prof. Nair.

"Nikt inny obecnie tego nie robi"

Tymczasem DARPA jeszcze bardziej utrudniła zadanie - zażądała bowiem, aby beton składał się głównie z osadów dennych i zawierał jedynie niewielką ilość cementu. Wykorzystanie tych osadów zminimalizowałoby trudności logistyczne. 

Profesor Nadir i jej zespół są obecnie bliscy osiągnięcia celu, który wyznaczyła DARPA. - Nikt inny obecnie tego nie robi. Nikt nie bierze osadów z dna morskiego i nie wykorzystuje ich do druku. To otwiera mnóstwo możliwości, by na nowo zdefiniować, czym może być beton – powiedziała prof. Nadir.

Druga faza wyzwania zakończy się w marcu istotnym testem, w trakcie którego zespoły biorące udział w rywalizacji będą drukować w 3D podwodne łuki.

Druk 3D w marynarce USA

Technologia druku 3D coraz częściej trafia także do zastosowań wojskowych, szczególnie w marynarce wojennej. Pozwala ona na szybkie wytwarzanie części bez konieczności oczekiwania na dostawy z lądu, co ma kluczowe znaczenie w warunkach operacyjnych.

Przykładowo, na pokładzie atomowego lotniskowca zainstalowano metalowy rozdzielacz o długości 1,5 metra i masie 450 kg, który powstał dzięki drukowi 3D. Podobne rozwiązanie zastosowano na okręcie podwodnym klasy Virginia, gdzie wydrukowano niezbędny komponent metalowy bezpośrednio na jednostce.

Korzyści z tej technologii są wymierne: czas dostarczenia krytycznego zaworu do niszczycieli skrócono o 70 proc., eliminując opóźnienia typowe dla odlewów i obróbki mechanicznej. W centrach serwisowych przekłada się to na oszczędności przekraczające 300 tys. dolarów, a w Forward Deployed Regional Maintenance Center w Rota naprawy trwają o 80 proc. krócej, ponieważ komponenty powstają na miejscu.

Druk 3D wspiera też Straż Przybrzeżną USA, przyspieszając naprawy i ograniczając potrzebę transportu części z centralnych magazynów.

Czytaj także:

• Przybył do nas z zachodu. Umie zmieniać płeć i zagraża gospodarce
• Przełomowe dokonanie naukowców. Wydrukowali... tkankę ludzkiego mózgu
• Budynki na Marsie i Księżycu z drukarki 3D? Naukowcy znaleźli odpowiednie substancje

Źródło: PAP/geekweek.interia.pl