Naukowcy: nadchodzi podwodny druk 3D

Zespół z Cornell University chce wykorzystać na dnie morza trójwymiarowy druk z wykorzystaniem betonu. Nowe podejście ma odmienić przybrzeżne budownictwo realizowane oraz naprawę kluczowej infrastruktury.

„Chcemy budować bez powodowania zakłóceń w środowisku” – zaznacza kierująca projektem Sriramya Nair, autorka pracy opublikowanej w piśmie „Cell Reports”.

„Jeśli będziemy dysponowali zdalnie sterowanym pojazdem podwodnym, który działa na miejscu, przy minimalnej ingerencji w ocean - to otwiera się droga do mądrzejszego budowania – bez tych samych praktyk, które stosujemy na lądzie” – wyjaśnia badaczka.

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 by 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” – dodaje ekspertka.

Naturalnie, podwodny druk oznacza kontakt z licznymi wyzwaniami – podkreślają badacze. Wśród nich wymieniają wymywanie, podczas którego cząsteczki cementu nie łączą się ze sobą w trakcie nakładania, co osłabia materiał. Typowym rozwiązaniem tego problemu jest wprowadzanie domieszek chemicznych, ale te z kolei generują własne 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” – tłumaczy prof. Nair.

Tymczasem DARPA jeszcze bardziej utrudniła wyzwanie - żądając, by beton składał się głównie z osadów dennych i zwierał jedynie niewielką ilość cementu.

Rzecz w tym, że wykorzystanie tych osadów zminimalizowałoby trudności logistyczne.

Badacze pokazali DARPA, że są bliscy osiągnięcia wyznaczonego przez agencję celu, jakim jest wysoka zawartość osadów w mieszance. „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” – mówi prof. Nadir.

Druga faza wyzwania zakończy się w marcu ważnym testem, podczas którego konkurujące zespoły będą drukować w 3D podwodne łuki.

Marek Matacz (PAP)

mat/ zan/