Изследователи от Кеймбридж отпечатват 3D стена, която може да комуникира

Светът на 3D печата разкри неограничени възможности в последно време и изследователи от Кеймбридж вече са използвали технологията, за да създадат бетонна стена, която може да помогне да направим нашата инфраструктура по-безопасна, по-интелигентна и по-устойчива.

Сътрудничеството между екипа на Кеймбридж и индустрията доведе до създаването на подпорна стена, известна като предна стена, която може да предостави информация в реално време, благодарение на сензорите, вградени в нейната структура.

Сензорите предлагат актуални данни за температура, напрежение и налягане. Показателите помагат на изследователите да открият и коригират недостатъци, преди те да се развият.

„Да направим стената цифрова означава, че тя може да говори сама за себе си и ние можем да използваме нашите сензори, за да разберем по-добре тези 3D-отпечатани структури и да ускорим приемането им в индустрията“, казва професор Абир Ал-Табаа от Инженерния факултет на Кеймбридж в съобщение за медиите от университета.

Конструкцията в момента е монтирана на пътното платно A30 в Корнуол, Обединеното кралство.

Здравината зависи от геометрията

Сглобяемите бетонни конструкции на челната стена често се изграждат в ограничени форми. Екипът казва, че такива конвенционални методи на строителство изискват кофраж и значителна стоманена армировка.

Въпреки това, използвайки 3D печат, те проектираха и построиха извита куха стена без кофраж и без стоманена армировка. Силата на стената се извлича от геометрията, а не от стоманата.

Стената е приблизително два метра висока и три и половина метра широка, отнема един час за отпечатване. Създадена е в Глостършър с помощта на бетонов принтер, базиран на роботизирана ръка. Според екипа, правенето на стената с 3D печат спестява пари, материали и въглеродни емисии.

Екипът на професор Абир Ал-Табаа в катедрата по инженерство разработва нови сензорни технологии и проучва полезността на настоящите търговски сензори за извличане на информация с по-високо качество от инфраструктура през последните шест години. Те предоставиха сензори за отчитане на температурата по време на процеса на печат за този проект.

Температурните колебания на различни нива на 3D-отпечатаната стена бяха непрекъснато наблюдавани за възможни горещи точки, термични промени или аномалии. За да се разбере термичното поведение на 3D-отпечатаната стена, данните за температурата ще бъдат свързани със съответния профил на термично изображение.

Изследователите също са използвали сензорите за оценка на относителната влажност, налягане, напрежение, електрическо съпротивление и електрохимичен потенциал в допълнение към температурата. Измерванията дават полезна информация за надеждността, здравината, прецизността и живота на сензорите.

Важната роля на сензорите

Екипът на Кеймбридж създаде сензор PZT (пиезокерамичен оловен цирконат титанат), който измерва електромеханичния импедансен отговор и проследява промените в тези данни с течение на времето, за да идентифицира потенциални щети. Тези интелигентни сензори могат да илюстрират как 3D-отпечатаният хоросан се втвърдява с течение на времето, като същевременно наблюдават здравината на основната структура.

„Осем PZT сензора бяха вградени в слоевете на стените на различни позиции по време на процеса на 3D принтиране, за да уловят наличието на натоварване и напрежение, както по време на строителния процес, така и експлоатационния живот след инсталацията на място“.

Екипът, който включва хора, специализирани в интелигентни материали, автоматизация и роботика и наука за данни, също създаде персонализирана безжична система за събиране на данни. Това позволи данните за многочестотния електромеханичен отговор на вградените сензори да се събират дистанционно от Кеймбридж.

„Данните от сензора и ще помогнат на инфраструктурните професионалисти да разберат по-добре как 3D принтирането може да се използва и приспособи за отпечатване на по-големи и по-сложни материали на основата на цимент за стратегическата пътна мрежа“, казва Ал-Табаа.