3D-печать набирает обороты в строительной отрасли. Как на месте, так и на заводе статические и мобильные роботы печатают материалы для использования в строительных проектах, таких как стальные и бетонные конструкции.

Новый подход к 3D-печати, разработанный Имперским колледжем Лондона и Empa, швейцарскими федеральными лабораториями материаловедения и технологии, использует летающих роботов, известных как дроны, которые используют методы коллективного строительства, вдохновленные природными строителями, такими как пчелы и осы.

Система, получившая название Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM), включает в себя парк беспилотных летательных аппаратов, работающих вместе по единому проекту.

Он состоит из BuilDrones, которые размещают материалы во время полета, и ScanDrones, контролирующих качество, которые постоянно измеряют производительность BuilDrones и сообщают об их следующих этапах производства.

Исследователи говорят, что в отличие от альтернативных методов, 3D-печать в полете открывает двери, которые приведут к производству на месте и строительству в труднодоступных или опасных местах, таких как строительство после стихийных бедствий и высотных зданий или инфраструктуры.

Исследованием руководил профессор Мирко Ковач из департамента аэронавтики Imperial и Центра робототехники материалов и технологий Empa.

Профессор Ковач сказал: "Мы доказали концепцию, согласно которой дроны могут работать автономно и в тандеме для строительства и ремонта зданий, по крайней мере, в лаборатории. Это масштабируемое решение могло бы помочь в строительстве и ремонте в труднодоступных районах, таких как высотные здания".

Aerial-AM использует как 3D-печать, так и систему планирования траекторий, поэтому дроны могут адаптироваться к изменениям геометрии конструкции по мере сборки.

Дроны полностью автономны в полете, но в контуре есть человек-диспетчер, который может отслеживать прогресс и вмешиваться в случае необходимости, основываясь на информации, предоставляемой дронами.

Печать 3D-геометрий

Чтобы протестировать концепцию, исследователи разработали четыре цементоподобные смеси для строительства дронов.

На протяжении всего процесса сборки беспилотные летательные аппараты оценивают геометрию печати в режиме реального времени и адаптируют свое поведение, чтобы убедиться, что они соответствуют спецификациям сборки, с точностью изготовления до пяти миллиметров.

Принты, подтверждающие концепцию, включали 2,05-метровый цилиндр (72 слоя) из вспененного материала на основе полиуретана и 18-сантиметровый цилиндр (28 слоев) из специально разработанного конструкционного материала, похожего на цемент.

Технология открывает будущие возможности для строительства и ремонта конструкций в неограниченных, высоких или других труднодоступных местах. Затем исследователи будут работать со строительными компаниями, чтобы проверить решения и предоставить ремонтные и производственные возможности. Они считают, что технология обеспечит значительную экономию средств и снизит риски доступа по сравнению с традиционными ручными методами.

Соавторами исследования являются Роберт Стюарт-Смит, Стефан Лойтенеггер, Виджай Павар, Ричард Болл, Крис Уильямс и Пол Шепард, а также их исследовательские группы в Калифорнийском университете, Университете Бата, Пенсильванском университете, Университете Королевы Марии и Мюнхенском университете.

Эта работа финансировалась Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам, входящим в состав UKRI. Он был запущен доцентом Стюартом-Смитом и профессором Ковачом после пилотного исследовательского сотрудничества и награды за демонстрацию ремонта трубопровода. Проект также поддерживается промышленными партнерами Skanska, Ultimaker, Burohappold и BRE.