Инженеры MIT изготовили печатные стеклянные кирпичи для строительства

Соединяющиеся между собой кирпичи из стекла, которые можно использовать многократно, по прочности не уступающие бетону, научились печатать на сконструированном ими 3D-принтере специалисты Массачусетского технологического института (MIT), 20 сентября сообщает пресс-служба института.

Если строительные материалы станет возможно собирать и разбирать так же легко, как кирпичики LEGO, то такую перестраиваемую кладку можно будет разбирать в конце срока службы здания и собирать заново в новую конструкцию, что позволит строить поколения зданий, используя те же самые строительные блоки.

Именно в этом заключается идея циклического строительства, цель которого — повторное использование и перепрофилирование строительных материалов там, где это возможно, чтобы свести к минимуму производство новых материалов и сократить «овеществленный углерод» строительной отрасли, то есть выбросы парниковых газов, связанные с каждым процессом строительства здания, от производства до сноса.

Воплотить идею циклического строительства в жизнь решили инженеры MIT под руководством доцента кафедры машиностроения Кейтлин Беккер и Майкла Стерна, научного сотрудника медиа-лаборатории и лаборатории Линкольна, который также является основателем и директором Evenline, подразделения MIT.

Команда разрабатывает новый вид реконфигурируемой кладки из кирпичей, изготовленных из переработанного стекла печатью на 3D-принтере, использующего специальную технологию 3D-печати стекла и предоставленного Evenline.

Исследователи создали прочные многослойные стеклянные кирпичи, каждый в форме восьмерки, которые сцепляются друг с другом, как кирпичики LEGO. Печать кирпичей выполнялась на специальном 3D-принтере, способном печатать расплавленным переработанным стеклом, который спроектировал Стерн.

Это была последняя версия принтера Evenline Glass 3D Printer 3 (G3DP3). Такой принтер, оснащенный специальной печью, плавит измельченные стеклянные бутылки в расплавленную форму для печати, которую принтер затем наносит в виде слоистых узоров.

Механические испытания стеклянного кирпича показали, что он способен выдерживать давление такое же, как бетонные блоки. Чтобы продемонстрировать возможность строительства из таких кирпичей, исследователи построили из соединенных между собой стеклянных кирпичей стену.

Исследование предложенной технологии изготовления стеклянных кирпичей и их физических характеристик специалисты MIT представили в статье «Аддитивное производство взаимосвязанных блоков из стекломассы», опубликованной в журнале Glass Structures and Engineering.

В ней они отмечают, что 3D-печатная стеклянная кладка может быть многократно использована как реконфигурируемая при строительстве как фасадов зданий, так и внутренних стен.

Команда напечатала прототипы стеклянных кирпичей, используя натриево-кальциевое стекло, обычно используемое в стеклодувных студиях. Они встроили два круглых штифта, похожих на штифты на кирпиче LEGO, в каждый напечатанный кирпич.

Как и в игрушечных блоках, штифты позволяют кирпичам сцепляться и собираться в более крупные конструкции. Специальный материал, помещаемый между кирпичами, предотвращает появление царапин или трещин на соединяемых стеклянных поверхностях, но он легко удаляется, когда кирпичную конструкцию нужно разобрать. Ее также можно переработать, переплавляя стеклянные кирпичи в таком же принтере, чтобы сформировать из них новые формы.

Команда решила сделать стеклянные кирпичи в форме восьмерки, что позволяет изготавливать из них стены, имеющие некоторую кривизну.

Напечатав образцы стеклянных кирпичей, они проверили их механическую прочность в промышленном гидравлическом прессе, сжимая в нем кирпичи до тех пор, пока те не начинали трескаться. Исследователи установили, что самые прочные кирпичи способны выдерживать давление, сопоставимое с тем, которое могут выдерживать бетонные блоки.

Такие прочные кирпичи были сделаны из печатного стекла с отдельно изготовленным элементом сцепления, который крепился к нижней части кирпича. Это доказывает возможность делать большую часть кирпичной кладки из печатного стекла с элементами сцепления, которые можно напечатать или отлить, или изготовить отдельно из другого материала.

«Стекло — сложный материал для работы, — отметила Беккер. — На этом этапе наиболее перспективными оказались элементы сцепления, изготовленные из другого материала». Однако коллектив изучает, можно ли сделать элементы сцепления кирпичей из печатного стекла.

«Мы хорошо понимаем, каковы пределы возможностей материала и как его масштабировать, — заявил Стерн. — Мы думаем о переходе к строительству зданий и хотим начать с чего-то вроде павильона — временного сооружения, в котором люди могут что-то делать и которое затем можно было бы преобразовать во вторую конструкцию».