Исследователи из Швейцарского федерального технологического института (ETH) в Цюрихе разработали «ударную печать» — новый роботизированный метод строительства, который, по их словам, превосходит 3D-печать. Вместо типичных строительных материалов технология использует природные — глину, песок, ил и гравий. Это недорогие ресурсы, которые подлежат вторичной переработке и могут быть выкопаны непосредственно на строительной площадке. Строительная смесь наносится с высокой скоростью, обеспечивая прочное сцепление без добавления цемента. Этот процесс — более экологичная и доступная альтернатива 3D-печати, которая требует использования цемента. Ученые планируют вывести технологию на рынок в течение трех лет.
Извлеченные материалы не могут использоваться для строительства без предварительной обработки. Перед началом ударной печати конструкций исследователи готовят специальную смесь из местных материалов, в которой тщательно подобрано соотношение мелких и крупных частиц. Мелкие фракции, например, глина, обеспечивают связность смеси, а крупные, такие как песок или гравий, придают ей прочность. Такая оптимизированная смесь легко перемещается через роботизированную систему, не застревая и не вызывая засоров.
Следующий этап — подготовить цифровой чертеж. Подобно 3D-принтеру, роботизированная система использует цифровую модель как инструкцию для строительства. После загрузки проекта в систему роботизированный манипулятор устанавливается на мобильную платформу и перемещается на строительную площадку. Специальный бункер заполняется строительной смесью, а затем система приступает к работе: экструдирует, разрезает и наносит материал слоями в соответствии с цифровым проектом. Этот процесс повторяется до полного завершения строительства.
Процесс строительства с помощью ударной печати отличается от традиционной 3D-печати зданий. В последней для придания необходимой прочности материалам часто требуются дополнительные связующие вещества, такие как цемент. При ударной печати материал наносится на высоких скоростях (до 10 м/с), что обеспечивает прочное сцепление слоев между собой без дополнительных добавок. В результате материал изначально обладает высокой прочностью, более 28 кПа, поэтому не требуется добавлять в него связующие вещества.
Исследователи построили двухметровые стены, используя новую технологию. Они достаточно прочные, чтобы выдерживать нагрузку от аналогичной по весу конструкции без применения дополнительных связующих материалов.
Однако для высотных зданий такой материал не подходит. Прочность материала на сжатие составляет 2 МПа, что меньше, чем у обычного бетона, но вполне достаточно для стен и несущих конструкций высотой до двух этажей.
3D-печать, несмотря на обещания снизить стоимость строительства и ускорить процесс возведения зданий, не полностью экологична. Использование цемента в качестве связующего материала, который ответственен почти за 8% глобальных выбросов CO₂, делает эту технологию далеко не безобидной для окружающей среды. Кроме того, из-за наличия различных добавок 3D-печатные конструкции сложно переработать. Ударная печать не требует использования цемента и позволяет работать с натуральными, менее углеродоемкими материалами. Исследователи используют 1-2 % минерального стабилизатора, который менее вреден и более пригоден для переработки, чем цемент. Но в будущем они хотят отказаться от добавок и стабилизаторов. Технология может стать полностью циклической — все детали будет демонтироваться и повторно использоваться в будущих постройках без отправки на свалку.
Ученые планируют вывести технологию на рынок в течение трех лет и создать завод по производству готовых элементов конструкций, которые будут готовы к монтажу на строительной площадке. В следующем году они намерены зарегистрировать стартап.
