В MIT разработали метод проектирования мостов для строительной 3D-печати

Инженеры Массачусетского технологического института разработали метод проектирования мостов и других конструкций для крупноформатной 3D-печати. Алгоритм учитывает ограничения строительных принтеров, требования к траектории печатающей головки, а также напряжения и деформации в неармированном бетоне, рассказал на Хабр daniilshat.

Обычные методы топологической оптимизации формируют сложные решетчатые конструкции, которые не всегда удается воспроизвести на строительном 3D-принтере. В частности, оборудование ограничено минимальным радиусом поворота печатающей головки, размерами печатаемых элементов и необходимостью сохранять непрерывную траекторию укладки материала.

Разработанная в MIT система основана на смешанно-целочисленном нелинейном программировании. Она одновременно учитывает геометрию конструкции, допустимые размеры элементов, ограничения оборудования и расчетные характеристики бетона. По данным разработчиков, готовую к печати модель можно сформировать на обычном ноутбуке за несколько минут. В одном из испытаний изменение размеров конструкции и повторный расчет заняли около 10 минут.

Для проверки метода специалисты MIT совместно с исследовательским центром Autodesk в Бостоне изготовили экспериментальный мост длиной 2,3 метра. Конструкцию напечатали из строительной смеси примерно за 30 минут.

Масса прототипа составила около 408 кг. Во время испытаний мост выдержал более 900 кг бетонных блоков, распределенных по его поверхности. Заметного прогиба исследователи не зафиксировали, а результаты натурных испытаний совпали с расчетной моделью.

На изготовление прототипа потребовалось примерно на 14% меньше материала, чем для сопоставимой конструкции, выполненной традиционным способом. В эксперименте принтер укладывал бетон полосами шириной 40 мм. По расчетам исследователей, уменьшение ширины полосы до 10 мм позволило бы снизить массу конструкции еще на 76,1% при сохранении требуемого запаса прочности.