«Рисунок» изо льда

0

«Новая архитектура смены фаз» — загадочное название для инженерного проекта. Подзаголовок «Управляемое компьютером строительство изо льда» не слишком проясняет замысел, хотя теперь уже можно догадаться, что под сменой фаз подразумевается заморозка воды. А получать таким способом учёные решили самые разнообразные изделия – от миниатюрных деталей машин до настоящих жилищ.

Профессора Питер Сайджпкес из Школы архитектуры университета Макгилла (лидер данного проекта), Хорхе Анджелес, глава лаборатории робототехнических систем университета, и их коллеги потратили три года на разработку, постройку и отладку необычных систем быстрого прототипирования, названных New Architecture of Phase Change. Речь идёт о так называемой трёхмерной печати, идущей под управлением компьютера.
По идее, в самых массовых таких системах в качестве «чернил» используют различные полимеры, которые твердеют после распыления (при контакте с воздухом или от воздействия лазера). Канадцы же говорят: почему бы не задействовать обычную воду? Она способна радикально снизить стоимость готовых изделий (пусть работать им суждено либо крайне недолго, либо только на морозе), упростить и ускорить получение нужных деталей.
Это вам не «Вечность» из осколков!
В качестве основы ученые использовали пару серийных роботов, которых переделали для выкладывания крошечных капель воды на поверхность рабочего стола или уже растущей детали, находящихся при низкой температуре (-23 градусов). Именно выкладывания, а не бросания: чтобы изделия получались ровными и высокоточными, каплю за каплей следовало аккуратно наносить на предыдущий слой. При этом размер капель не превышает 0,25 миллиметра, а зазор между льдом и соплом робота равен всего 0,15 мм.

Первый робот, превратившийся в аппарат для создания «цифровых ледяных скульптур», — [email protected] или FAH. Изначально он для прототипирования и выпускается, но только управляется с обычными полимерами да смолами. Потому инструментальную часть его пришлось полностью заменить. К тому же для надёжной работы аппарата авторы проекта демонтировали всю электронную начинку FAH и вынесли её подальше от зоны заморозки в отдельный ящик.

Ввели авторы системы и другие новшества. Так, чтобы вода, поступающая в манипулятор машины, не замёрзла до выпуска через сопла, учёным и инженерам пришлось соорудить подогрев магистралей, удерживающий их температуру при плюс 10 градусах по Цельсию. Слой за слоем такой робот оказался способен выращивать из льда разнообразные вещи, нарисованные в компьютере.

Но главная находка канадцев – способ формирования тонкостенных ледяных деталей с ажурными частями. Чтобы они не ломались раньше времени и не стекали в стороны, пока не замёрзнут, напрашивались некие подпорки, строительные леса. Но как их можно было встроить прямо в растущую ледяную форму и как потом убрать? Выход оказался гениально прост. Леса надо делать также из воды. Но не обычной. Канадцы добавили к манипулятору робота второе сопло – для водного раствора хлорида калия. Именно им, словно вторым цветом, водно-ледяной принтер и вычерчивает контуры подпорок одновременно с элементами желанной вещицы.

При 20-30 градусах мороза и чистая вода, и рассол замерзают одинаково хорошо. А вот чтобы из получившейся заготовки извлечь окончательное изделие, его следует аккуратно подогреть до минус 4 градусов по Цельсию. Рассол тает и уходит прочь, а деталь из чистого льда – остаётся. В конце концов Питер и его коллеги научились создавать из льда весьма сложные по геометрии изделия.

Таким способом, рассуждают канадские новаторы, легко получать макеты деталей машин, модели зданий и прочие полезные вещи, которые архитекторы или инженеры хотели бы повертеть в руках. Пусть даже сидя на холоде и надев рукавицы. Иногда ведь такие изделия нужны буквально на считанные часы, а возни с ними…

FAH же способен выдавать изделия размером до 20 х 20 х 13,5 сантиметров. Его рабочая головка движется со скоростью до 15 миллиметров в секунду, так что на получение детали может уйти до 20 часов. Но это не так уж и плохо.

А сейчас канадцы подумывают уже об ответвлениях своей технологии. Скажем, изучают способы получения металлических отливок точно по форме ледяных прототипов.

Что нам стоит – дом построить…
Все эти опыты, возможно, заинтересовали бы лишь специалистов по системам быстрого прототипирования, однако канадцы объясняют, что для них данные эксперименты – только ступень к созданию аналогичной технологии большего, архитектурного масштаба.

У университета Макгилла богатые традиции возведения крупных ледяных сооружений. Такие эксперименты канадцы ставят с 1972 года. А, казалось бы, зачем придумывать тут что-то новое, когда всё уже отработано веками: сколько «дворцов и хижин» люди построили  из льда и снега, начиная с банальных иглу и заканчивая целыми замками из крупных ледяных блоков, выпиленных из поверхности замёрзших рек и озёр. Но учёных из Монреаля не устраивала одна особенность дедовских приёмов – трудоёмкость. Потому три десятка лет назад они придумали новый метод создания ледяных сооружений: на столбах и тросах растягивалась нейлоновая ткань, на которую в сильный мороз постепенно распыляли воду. Замёрзнув, она создавала удивительные «летящие» конструкции, лёгкие и прочные одновременно.
Нынешние новаторы говорят, что продолжают традиции университета. New Architecture of Phase Change – это попытка пойти ещё дальше. Набив шишки на настольных аппаратах, канадцы намерены построить большого робота, который, используя подаваемую воду, либо снег и лёд прямо со стройплощадки, мог бы схожим способом постепенно выращивать стены и крыши строений высотой до 6 метров, пишет Membrana.ru. Точно по программе и без участия человека. Так получился бы принтер, экономно и быстро распечатывающий ледяные дома.

Поделиться.

Комментарии закрыты