Low-cost 3D Printing for Science, Education and Sustainable Development / Доступная 3Д печать для науки, образования и устойчивого развития: 12. Крупномасштабная 3D-печать: от океанских глубин до Луны
| Английский оригинал | Перевод на русский | |
|---|---|---|
Сожалеем, но текст оригинала доступен только зарегистрированным пользователям. |
Валентина Колла, Энрико Дини Woolpit 13.10.13 в 16:35 Валентина Колла, Энрико Дини aks_id 10.01.14 в 22:02 |
+1 |
|
Введение Zayac316 06.09.13 в 17:51 |
||
|
Интерес научно-технического сообщества в сторону больших масштабов трехмерной (3D) технологии печати увеличивается в последние несколько лет, благодаря широкому разнообразию потенциальных применений как на непосредственном построении части зданий, так и завершенных построек и других сложных структур с практически любой формой.С момента своего рождения в начале 90-х годов,эти конструкции для быстрого строительства уже достигли довольно зрелой стадии и в настоящее время используется в производстве стен, больших скульптур и внешних элементов дизайна. Zayac316 06.09.13 в 18:07 В последние несколько лет интерес научных и технических компаний к крупномасштабным трехмерным печатным технологиям постоянно растет, благодаря широкому спектру возможностей применения, в направление создания части зданий, готовых зданий и других комплексных структур фактически любых форм. С их появлением, которое датируется 90-ми, конструкторский масштаб технологий быстрого макетирования сейчас достиг этапа зрелости и в настоящее время используется в производстве стен, больших скульптур, элементов проекта, особенно для внешней среды. Рисунок 1 изображает три вида объектов, в то время как Рисунок 2 изображает маленький готовый дом. kindra 18.09.13 в 12:06 Интерес научного и технического сообщества к крупномасштабным трёхмерным печатным технологиям в последние годы не перестаёт расти. Это происходит благодаря широкому спектру потенциальных применений при строительстве как частей зданий, так и целых домов и других сложных конструкций практически любой формы. Со времени своего появления, которое датируется 90-ми годами, техники быстрого производства в строительных масштабах достигли весьма зрелого уровня, сегодня они используются при производстве стен, крупных скульптур и дизайнерских объектов, в первую очередь для уличного использования. На рисунке 1 изображены три примера объектов, а на рисунке 2 — целый дом небольшого размера. aks_id 10.01.14 в 22:05 |
||
|
Рис. 1: скульптуры для наружной среды, скульптура "Radiolaria" и "шезлонг" для сада. Zayac316 06.09.13 в 18:09 Рисунок 1: Уличная скульптура, скульптура «Радиолярия» и «шезлонг» для сада kindra 18.09.13 в 12:06 |
||
|
Рис. 2: Законченный дом Zayac316 06.09.13 в 18:10 Рисунок 2: Готовый дом kindra 18.09.13 в 12:07 |
||
|
Все предметы, представленные на рисунках 1 и 2 были созданы при помощи технологии названной D-shape, изобретенной и запатентованной инженером Энрико Дини из Монолит в Великобритании. Эта технология отличается от широко известных конкурентов (например, Freeform Construction1 разработанной в Научной группе скоростного производства в Лафборо и Contour Crafting2), для определенной функции выбора канализационных материалов в рамках уровня предварительного песчаного основания через специальное вливание жидких «чернил», в то время как другие методы используют экструзию строительного материала, уже заранее перемешанного с соединительным материалом или катализатором. Эта характеристика делает D-Shape способным печатать работы частями в очень крупном масштабе, так как только ограниченные размеры дана размерами печатной области: наиболее обновленная версия принтера (гигантский плоттер с головкой линейного напыления движущегося вдоль двух рам по осям x-y), который изображен на Рисунке 3, область печати 6×6 метры и высота 3 м. kindra 18.09.13 в 12:07 Все предметы, представленные на рисунках 1 и 2, были созданы при помощи технологии D-Shape, изобретённой и запатентованной инженером Энрико Дини (Enrico Dini) из Monolite UK. Эта технология отличается от самых известных участников рынка (например, Freeform Construction [1] разработанной в Научно-исследовательской группе быстрого производства Университета Лафборо и Contour Crafting [2]) особой функцией выборочного катализа веществ в пласте подготовленного песчаного грунта путём точечного впрыска жидких «чернил»; другие техники основаны на экструзии строительного материала, предварительно смешанного со связующим веществом или катализатором. Эта особенность позволяет печатать с D-Shape очень крупномасштабные сооружения, ведь единственное, что ограничивает объём — это размер области печати. Самая новая версия принтера (гигантский плоттер с длинной распыляющей головкой, движущейся вдоль двух рам по осям x-y), изображённая на рисунке 3, имеет область печати 6×6 м и достигает 3 м в высоту. aks_id 10.01.14 в 22:11 |
||
|
Реализация постройки блоков лунной базы. Zayac316 06.09.13 в 18:27 Создание строительных блоков для луной базы kindra 18.09.13 в 12:08 Создание строительных блоков для лунного поселения aks_id 10.01.14 в 22:15 |
||
|
Благодаря своим уникальным качествам,технология D-Shape была выбрана в рамках проекта «3D печать блочных построек с использование лунного грунта», финансируемого Европейским космическим агентством (ESA), нацеленным на развитие концепций строительства жилищ для стабильного проживания человека на Луне. Zayac316 06.09.13 в 18:33 Благодаря ее уникальным функциям, была выбрана технология D-Shape для проекта под названием «3D печать строительных блоков используемых на Лунной почве» финансируемая Европейским космическим агентством (ESA), которое стремилось к разработке концепций для конструирования жилья для постоянного человеческого нахождения на Луне3. kindra 18.09.13 в 12:08 За свои уникальные свойства технология D-Shape была избрана для участия в проекте «3D-печать строительных блоков с использованием лунного грунта», субсидированного Европейским космическим агентством (ЕКА) и направленного на развитие концепций строительства поселений для постоянного обитания человека на Луне [3]. aks_id 10.01.14 в 22:17 |
||
|
Рис. 3: D-Shape принтер Zayac316 06.09.13 в 18:33 Рисунок 3: Принтер D-Shape kindra 18.09.13 в 12:08 |
||
|
Создание человеческих поселений на Луне представляет большой интерес для проведения научных экспериментов, чтобы сделать наблюдения за некоторыми удаленными частями космоса без атмосферного слоя(атмосферный слой земли вносит сильные искажение для наземных телескопов, прим переводчика.) и в качестве базы для миссий исследования глубокого космоса.Как и любая колонизации в человеческой истории, лунной колонизации необходимо иметь местный материал для постройки «домов», но на Луне поверхность имеет только песчаной слой с небольшим количеством льда. Лунный песок называется реголит и первая часть приведенных выше проектов была посвящена поисках подходящего материала, чтобы воспроизвести основные особенности реголита.Впоследствии были проведены вакуумные испытания, чтобы доказать, что D-Shape технология применима и в отсутствие атмосферы и при пониженной гравитации, то есть в условиях, аналогичных тем, которые можно найти на Луне. Zayac316 06.09.13 в 18:48 Создание поселений на Луне представляет собой невероятный интерес для научных экспериментов, как для выполнения наблюдательных операций в удаленных частях космоса без защиты атмосферы, так и являясь основой для исследовательских миссий открытого космоса. Как любая колонизация в истории человечества, даже лунная должна использовать местный материал для базовой структуры «зданий», но на Луне доступна только песчаная почва и небольшое количество замерзшей воды. Лунный песок вызывают реголитом и первая часть, вышеназванного проекта, была посвящена поиску подходящего материала, чтобы копировать главные характерные черты реголита. Впоследствии, были проведены испытания в вакууме, чтобы испытать применение технологии D-shape в условиях отсутствия атмосферы при уменьшенной силе тяжести, т.е. в условиях, приближенных к условиям на Луне. Woolpit 13.10.13 в 16:37 Создание человеческих колоний на Луне очень интересно с точки зрения ведения научных экспериментов, наблюдения за какой-нибудь отдалённой частью космоса без помех атмосферного щита, а также как основа для миссий по изучению глубокого космоса. Как и любая другая колонизация в человеческой истории, даже лунная должна использовать местный материал для базовой конструкции «домов». Но на Луне только песчаный грунт и немного ледяной воды. Лунный песок называют реголитом. Первая часть вышеупомянутого проекта была посвящена поиску подходящего вещества, воспроизводящего основные свойства реголита. Затем проводились тесты в вакууме, чтобы доказать, что технология D-Shape применима в отсутствие атмосферы и при пониженной гравитации, то есть в условиях, приближённых к лунным. aks_id 10.01.14 в 22:19 |
||
|
Эти эксперименты были проведены в одной из вакуумных камер Alta SpA. Технология D-shape была также адаптирована к операциям при жестких атмосферных условиях с очень ограниченной поддержкой операторов (была также рассмотрена возможность поддержки удаленных операций без контроля человека). Высшая школа Сантанна занималась исследованиями в этом направлении: принтер был оборудован камерой, воспринимающей изображения каждого распечатанного уровня и с обработкой изображения алгоритмами поддающимися сравнению напечатанной поверхности с ее идеальной моделью и обнаружением возможных дефектов. Логические схемы управления были также адаптированы, чтобы автономно обнаруживать и восстанавливать неправильное функционирование и печать дефектов. Наконец целая структура принтера была предварительно перепроектирована так, какой она должна быть в будущем, т.е. более гибкая, адаптируемая к неправильной лунной поверхности и, важнее всего, способная к перемещению и взаимодействию с другими автономными или полуавтономными взаимодействующими механизмами, которые могут накапливать реголит для операций печати. kindra 18.09.13 в 12:08 Эти эксперименты проходили в одной из вакуумных камер Alta SpA. Технология D-Shape к тому же была модифицирована для эксплуатации суровой лунной окружающей среды при очень ограниченной поддержке со стороны людей-операторов (возможность дистанционного управления без человеческого контроля тоже рассматривалась). Высшая школа Св. Анны провела исследования в этом направлении: принтер оснастили камерой, фотографирующей каждый напечатанный слой, и алгоритмами обработки изображений, способными сравнивать напечатанную поверхность с её идеальной формой и находить возможные дефекты. Логические схемы управления тоже были модифицированы, чтобы в автономном режиме выявлять и исправлять сбои в работе и дефекты печати. В заключение вся конструкция принтера была перепроектирована таким образом, чтобы она могла быть — в будущем — более гибкой, приспосабливаемой к неровному лунному грунту и, прежде всего, способной двигаться и взаимодействовать с другими автономными и полуавтономными вспомогательными аппаратами, например с теми, которые будут собирать реголит для печати. aks_id 10.01.14 в 22:24 |
||
|
Рисунок 4: Строительный блок внешнего щита лунного поселения и его печать kindra 18.09.13 в 12:09 Рисунок 4: Строительный блок внешнего купола лунного поселения и процесс его печати aks_id 10.01.14 в 22:27 |
||
|
Разработка структуры лунного поселения и строительных блоков было создана известной лондонской дизайнерской кампанией Fosters+Partners, которая так же была партнером проекта. Лунные «дома» должны быть такими же как «иглу» с толстой внешней стенкой сделанной (или «распечатанной») из реголита с составной внутренней структурой, как так называемый «закрытый вспененный материал» (т.е. с внутренне полыми закрытыми пузырьками) дающими соответствующую термическую изоляцию и свойства защиты от микрометеоритов без необходимости чрезмерного количества строительного материала. Пока наиболее глубокая сердцевина будет создаваться надувной герметичной структурой. Нижняя часть слоя диаметром около 10 метров, в то время как общая высота около 5 метров. Рисунок 3 демонстрирует одну из копий строительного блока (с общим объемом около 1.5 м3) с одним слоем, который вносит ясность и процесс печати подобных блоков, для того чтобы понять насколько эффективна технология D-Shape в создании такой структуры. kindra 18.09.13 в 12:11 Модель конструкции лунного поселения и строительных блоков была разработана известной лондонской дизайнерской компанией Fosters+Partners, которая тоже участвовала в проекте. Лунные «дома» должны быть похожи на иглу с толстым внешним куполом из реголита. Внутренняя конструкция купола будет скомпонована по принципу замкнутых ячеек (то есть запертых внутри полых пузырьков), что обеспечит приемлемую теплоизоляцию и защиту от микрометеоров, не требуя чрезмерного количества связующего вещества. Ну а самую глубокую «внутренность» образует воздухоопорная герметичная конструкция. Диаметр нижнего слоя будет около 10 м, а общая высота — около 5 м. На рисунке 4 показан опытный образец строительного блока (общим объёмом около 1,5 м3) с демонстрацией одного из слоёв в разрезе, а также процесс печати этого образца, чтобы было понятно, насколько технология D-Shape эффективна для создания подобной конструкции. aks_id 10.01.14 в 22:42 |
||
|
Рисунок 5 демонстрирует копию законченного лунной базы. kindra 18.09.13 в 12:11 На рисунке 5 изображён макет укомплектованного лунного поселения. aks_id 10.01.14 в 22:42 |
||
|
Рисунок 5: Копия лунной базы. (Собственность Fosters+Partners, участвовавших в финансировании проекта ESA) kindra 18.09.13 в 12:11 Рисунок 5: Копия лунного поселения. (Собственность Fosters+Partners, участвовавших в финансировании проекта ESA) Woolpit 13.10.13 в 16:39 Рисунок 5: Макет лунного поселения (с любезного разрешения Fosters+Partners, участвовавших в проекте, профинансированном ЕКА) aks_id 10.01.14 в 22:42 |
||
|
D-Shape для морской среды kindra 18.09.13 в 12:12 |
||
|
Пористые качества объектов, которые распечатаны при помощи технологии D-Shape, делают их действительно подходящими для применения в окружающей среде. Например, вьющиеся растения могут легко найти точку опоры на этих структурах, постепенно покрывая их и рождая уникальные и неожиданные формы, полностью включаемые в естественный природный сценарий. kindra 18.09.13 в 12:12 Пористость объектов, напечатанных по технологии D-Shape, делает их пригодными для внедрения в естественную среду. Например, на этих конструкциях могут легко укрепиться вьющиеся растения, постепенно покрывая их и порождая уникальные и неожиданные формы, в полном согласии с природным ходом вещей. По тому же принципу подводная растительность и представители мелкой морской фауны могут использовать этот вид конструкции (при условии подходящего дизайна) как благоприятное место для жизни и размножения. Поэтому данные предметы можно с успехом использовать для быстрого восстановления морского дна, повреждённого природными явлениями или человеческим вмешательством (например, при авариях или из-за вредящих окружающей среде сооружений). aks_id 10.01.14 в 22:43 |
||
|
Заключение kindra 18.09.13 в 12:12 |
||
|
D-Shape - одна из самых крупномасштабных технологий 3D печати, использующая агрегатный песчаный материал, благодаря особому связующему веществу, которое позволяет распечатывать обрабатываемое изделия в большом разнообразии форм и для применения в невероятно широком диапазоне, от архитектуры до искусства, подходящих для различных сред, таких как сады, парки, здания и глубокое море. Будущая работа будет посвящена, с одной стороны, дальнейшему развитию принтера, чтобы сделать его более быстрым и способным к самодиагностике сбоев, а с другой стороны, в настоящее время изучаются и разрабатываются новые приложения, специально посвященные экологическо-совместимой архитектуре и структурам для восстановления окружающих сред. kindra 18.09.13 в 12:12 D-Shape — одна из самых крупномасштабных технологий 3D-печати, использующая в качестве сырья песок, соединённый особым связующим веществом. Она позволяет распечатывать сооружения самой разнообразной формы и для самых разных нужд, от архитектуры до искусства, подходящих для самых разных сред, таких как сады, парки, здания и океанское дно. Ближайшие работы будут посвящены, с одной стороны, дальнейшему развитию принтера, тому, чтобы сделать его более быстрым и способным к самодиагностике в случае сбоя; с другой стороны, сейчас изучаются и разрабатываются новые сферы применения, главным образом связанные с экологически безопасной архитектурой и конструкциями для восстановления природной среды. aks_id 10.01.14 в 22:44 |
||
|
Благодарности kindra 18.09.13 в 12:12 |
||
|
Работа над строительными блоками для лунного поселения была разработана в проекте под названием «3D печать строительных блоков используемых на Лунной почве» финансированным Европейским Космическим Агентством в схеме финансирования Всеобщей Образовательной Программы (GSP). Авторы хотели бы выразить благодарность всем партнерам проекта за их драгоценный вклад, а именно команду во главе с Джованни Чезаретти Alta S.p.A., команду во главе с Ксавье Де Кестелье Fosters+Partners и Лоран Пэмбэгуиэн и Скотт Ховлэнд из ESA, которые поддерживали в течении всего проекта команду своими обширными знаниями необходимыми для исследования космоса kindra 18.09.13 в 12:13 Сооружения для строительных блоков лунного поселения были разработаны в рамках проекта «3D-печать строительных блоков с использованием лунного грунта», профинансированного Европейским космическим агентством по плану субсидирования «Программы общих исследований» (GSP). Авторы хотели бы поблагодарить за ценный вклад всех участников проекта, в особенности команду под руководством Джованни Чезаретти (Giovanni Cesaretti) из Alta S.p.A., команду Ксавье де Кестелье (Xavier De Kestelier) из Fosters+Partners, а также Лорана Памбагиана (Laurent Pambaguian) и Скотта Ховленда (Scott Hovland) из ЕКА, которые снабдили всю команду проекта своими обширными знаниями об условиях космических исследований. aks_id 10.01.14 в 22:44 |
+1 | |
|
Ссылки kindra 18.09.13 в 12:13 |