Drukowanie 3D struktur lodowych

W świecie, gdzie konwencjonalne metody budowy zawodzą w ekstremalnych warunkach Arktyki, wymyślenie sposobu na budowę trwałych obiektów w panujących tam warunkach jest istotnym elementem dla prowadzenia ekspedycji w tej części świata. Zespół naukowców z Engineer Research and Development Center zaprezentował ostatnio technologię wytwarzania struktur z lodu metodą przyrostową.

Kluczem do sukcesu było stworzenie materiału lodowego, który musiał łączyć sprzeczne właściwości: na tyle płynnego, by mógł swobodnie przepływać przez dyszę drukarki 3D, a jednocześnie wystarczająco stałego, by zachować precyzyjny kształt po wytłoczeniu, zanim ostatecznie zamarznie.

Technologia ta nie jest jedynie futurystycznym eksperymentem – przeszła już praktyczne próby w CRREL (Cold Regions Research and Engineering Laboratory) w New Hampshire, w celu oceny potencjału wykorzystania lodu jako materiału konstrukcyjnego. Wytworzenie małego domku ze struktury lodowej zajęło 7 godzin.

Wcześniej zespołowi udało się stworzyć most lodowy o dużej wytrzymałości. Zbudowana konstrukcja z lodu metodą natryskową bez trudu wytrzymała dynamiczne i statyczne obciążenia pojazdów wojskowych ważących ponad 3 tony. Sekret tkwi w lodzie wzmocnionym włóknami celulozowymi, który podczas badań laboratoryjnych wykazał dwukrotnie większą wytrzymałość w porównaniu z lodem naturalnym. Most został zbudowany nad wykonaną szczeliną (3 × 3 × 1 m) w obiekcie o kontrolowanej temperaturze.

Link do artykułu na temat lodowego mostu: Construction and structural analysis of an arched cellulose reinforced ice bridge for transportation infrastructure in cold regions

Druk 3D lodu

Druk 3D lodu otwiera nową erę możliwości konstrukcyjnych w trudno dostępnych, mroźnych regionach, gdzie lód i śnieg mogą być zasobami budowlanymi. Dzięki niej możliwe będzie szybkie wznoszenie tymczasowych instalacji wojskowych, naukowych/eksploracyjnych, zmieniając trudne warunki Arktyki z ograniczenia w atut. To nie tylko nowatorskie podejście do inżynierii materiałowej, ale także rewolucja w myśleniu o zrównoważonym wykorzystywaniu lokalnych zasobów w ekstremalnych środowiskach.

Taka możliwość zmniejsza również narażenie na zimno i ryzyko obrażeń żołnierzy i personelu, zapewniając jednocześnie strukturę o bardzo niewielkim wpływie na środowisko i czasie rozbiórki.

Kolejnym krokiem zespołu jest skalowanie pracy za pomocą większego systemu drukowania w celu dalszego testowania właściwości i możliwości drukowanego materiału 3D w obiektach CRREL Cold Room. Obecne podejście opracowane przez naukowców CRREL łączy wodę z drobnymi włóknami celulozowymi, które wzmacniają strukturę tworzonego obiektu. Obecnie zespół planuje wykorzystać te same zasady do zbudowania struktury lodu wielkości budy dla psa za pomocą większej drukarki.