Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Andrew Zinin

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Körpünün yaxından çəkilmiş görüntüsündə qəlibsiz vahid bir davamlı yolda düzülmüş ekstruziya edilmiş betonun üst-üstə yığılmış təbəqələri və ya muncuqları göstərilir. Müəllif hüquqları: Şəkil tədqiqatçıların nəzakəti ilə çəkilib.

Beton Yer kürəsində ən çox istifadə edilən tikinti materialıdır və onun istehsalı karbon emissiyalarının ən böyük mənbələrindən biridir. Ətraf mühitə təsirini azaltmağın perspektivli yollarından biri betonu 3D çap etməkdir. Betonu nəhəng buz boruları robotu kimi zər-zər düzərək yerləşdirməkdir. Bu proses onu qəliblərə tökməyin əmək tələb edən formasını aradan qaldırır və materialı yalnız bir konstruksiyanın ehtiyac duyduğu yerə yerləşdirir.

Lakin kompüterlər tərəfindən yaradılan ən səmərəli dizaynların bir çoxunun bugünkü printerlər üçün qurulması mümkün deyil. Mühəndislər ən az material istifadə edən ən güclü strukturu tapmaq üçün topologiya optimallaşdırması adlanan bir texnikadan istifadə edirlər. Lakin mürəkkəb, hörümçək toru formalarına malik bu riyazi cəhətdən ideal dizaynlar qalın burunlu, məhdud fırlanma qabiliyyətinə malik və birdəfəlik hərəkətlə çap etmək ehtiyacı olan böyük miqyaslı beton printerlərin fiziki məhdudiyyətlərini nəzərə almır.

İndi MIT tədqiqatçılarından ibarət bir qrup bu boşluğu aradan qaldırmaq üçün bir yol hazırlayıb. Əlavə İstehsalat jurnalında yeni bir məqalədə təsvir edilən onların çərçivəsi printerin real istehsal məhdudiyyətlərini birbaşa optimallaşdırmaya yönəldir, buna görə də ortaya çıxan dizayn, maşının az və ya heç bir əl ilə yenidən dizayn etmədən qura biləcəyi dizayndır. Onlar bunu 2,3 ​​metr uzunluğunda (7,5 fut uzunluğunda) beton körpü dizayn etməklə, çap etməklə və yük sınaqdan keçirməklə nümayiş etdirdilər və aşkar etdilər ki, bugünkü çap avadanlığı, konstruksiyanın nə qədər yüngül ola biləcəyini betonun özü deyil, məhdudlaşdırır.

“Bu super optimal dizaynları istehsal edilə bilən dizaynlara çevirmək məsələsində rast gələ biləcəyiniz bir çox çatlar tapırdıq”, – deyə MIT-in Mülki və Ətraf Mühit Mühəndisliyi Departamentində (CEE) doktoranturadan sonrakı tədqiqatçı, həmmüəllif, fəlsəfə doktoru Hacin Kim-Tackowiak ’26 bildirir. “Bu çatlar uçurum kimi idi.”Sınaq zamanı təxminən 900 funtluq körpü, komandanın simulyasiyalarına tam uyğun gələn, ölçülə bilən şəkildə əyilmədən, üstü boyunca səpələnmiş 2000 funtdan çox beton bloku saxlaya bildi. Müəllif hüquqları: Şəkil tədqiqatçılara məxsusdur.

Nə tikilə biləcəyi üçün layihələndirmə

Məhdudiyyətləri müəyyən etmək üçün komanda Bostondakı Autodesk müəssisəsində irimiqyaslı çap maşınlarını idarə edən insanlarla işləyib.

Kim-Takovyak xatırlayır: “Onlar bəzi iti bucaqlarımızı göstərdilər və dedilər ki, ‘Mən belə bir şey çap etməkdə özümü təhlükəsiz hiss etmirəm’.

Bu söhbətlərdə üç əsas məhdudiyyət ortaya çıxdı: hər bir çap olunmuş muncuğun nə qədər qalın olması, başlığın nə qədər iti dönə bilməsi və tək bir davamlı xətt şəklində çap etmək ehtiyacı. Tədqiqatçılar hər bir məhdudiyyəti birbaşa öz çərçivələrinin riyazi qaydalarına çevirdilər.

Kim-Takovyak izah edir ki, mövcud 3D çap olunmuş strukturlar adətən əvvəlcə formanı optimallaşdıran və sonra “çoxlu miqdarda sonrakı emal” tələb edən köhnə metodlardan istifadə etməklə istehsal olunur və bu metodların işlənməsinə günlər sərf olunur. Bunun əksinə olaraq, komandanın çərçivəsi noutbukda təxminən iki dəqiqə ərzində tam çap edilə bilən dizaynlar yaratdı. Komanda çap günündə körpünün ölçüsünü bir qədər azaltmaq lazım gəldikdə, onlar sadəcə optimallaşdırmanı yenidən işlədilər və 5-10 dəqiqə sonra yenilənmiş dizayna sahib oldular.

“Bu sürətə çatmaq son zamanlar baş verib”, – deyə Mərkəzi və Şərqi Avropada doktorantura tələbəsi olan həmmüəllif Zeyn Şemmer bildirir. Metodun əsaslandığı riyaziyyat, yəni qarışıq tam ədəd optimallaşdırması uzun müddətdir ki, istifadəsi çox çətin hesab olunurdu. “Beş, on il əvvələ qayıdanda, hətta üç il əvvəl istifadə etdiyimiz həlledici bu problemləri həll edə bilmirdi”, – deyə o bildirir. “Bu sahədən yayınılıblar, çünki hamı bunun bizim gedə biləcəyimiz bir yol olmadığını düşünür. Lakin yeni alqoritmlər və resurslarla bu, problemləri müəyyənləşdirməyə başlaya biləcəyimiz bir yola çevrilir.”MIT İnşaat və Ətraf Mühit Mühəndisliyi Departamentinin postdoktoru Hacin Kim-Tackowiak (solda) və aspirant Zane Schemmer dizayn etdikləri və yük sınaqdan keçirdikləri 3D çaplı beton körpü ilə poza verirlər. Müəllif hüquqları: Şəkil tədqiqatçılara məxsusdur.

Körpü əsl məhdudiyyəti ortaya qoyur

Çərçivəni təsdiqləmək üçün tədqiqatçılar körpünü çap etmək üçün Autodesk-in müəssisəsinə qayıtdılar.

“Körpünün tikintisi təxminən 30 dəqiqə çəkdi və hazır məhluldan tikilib”, – deyə baş müəllif, Gilbert W. Winslow (1937) adına İnşaat Mühəndisliyi üzrə Karyera İnkişafı Professoru Josephine Carstensen bildirir.

Sınaq zamanı təxminən 410 kiloqramlıq konstruksiya, demək olar ki, heç bir ölçülə bilən əyilmə olmadan, 910 kiloqramdan çox ağırlığa malik idi və bu da komandanın simulyasiyalarına çox uyğun gəldi.

Lakin test həmçinin tədqiqatın ən böyük sürprizini də ortaya qoydu. “Nəticəmizin həddindən artıq mühəndislik olduğunu aşkar etdik”, Kim-Takovyak deyir. “Sıfırdan 200.000 funt sterlinqə (91.000 kiloqrama) qədər dizaynınız tamamilə bu “onu tikə bilərəmmi, yoxsa yox” məhdudiyyətləri ilə idarə olunur. Və sonra, 200.000 funt sterlinqdən sonra fizika haqqında düşünməyə başlaya bilərsiniz.” Başqa sözlə, konstruksiyanın nə qədər səmərəli ola biləcəyini betonun möhkəmliyi deyil, mövcud çap texnologiyasının məhdudiyyətləri diktə edirdi.

Daha yaxşı printerlər üçün yol xəritəsi

Çərçivə riyazi cəhətdən mümkün olan ən yaxşı dizaynı tapdığı üçün tədqiqatçılar hər bir aparat məhdudiyyətinin material baxımından nə qədər başa gəldiyini dəqiq ölçə bildilər.

“Qarışıq tam ədəd optimallaşdırması ilə, sadəcə yaxşı bir həll deyil, qlobal optimalı, ən yaxşı həlli tapa bilərik”, – deyə Karstensen bildirir. “Ən yaxşı həlli tapdığımızı bildiyimiz üçün, həmçinin kəmiyyətcə də müəyyən edə bilərik: Başqa şeylər edə bilən bir maşınımız olsaydı, istifadə etdiyimiz material miqdarı üçün bu nə demək olardı?”

Ən böyük qolu çap olunmuş muncuğun eni idi. Körpü 4 santimetrlik muncuqdan istifadə etdi. Təhlil göstərdi ki, 1 sm muncuq qoya bilən maşın “təhlükəsizlik hüdudları daxilində” qalaraq material istifadəsini 76 faizə qədər azalda bilər, deyə Karstensen bildirir. Nəticə onu təəccübləndirdi. “Düşündüm ki, problem ən yüksək təsirə malik olan davamlı yol olacaq”, deyə o bildirir. “Amma belə deyildi. Bu, muncuğun eni idi.”

Nəticə, printer istehsalçıları üçün kiçik aparat təkmilləşdirmələrinin səmərəlilikdə böyük qazanc əldə edə və betonun karbon izini azalda biləcəyini göstərən bir yol xəritəsidir.

Körpünün mümkün olmasının səbəblərindən biri də hər bir hissənin sıxılma vəziyyətində olmasıdır. “Betonla, onu itələdikdə həqiqətən yaxşı, çəkdikdə isə çox pis olur”, deyə Şemmer bildirir. “Gördüyünüz hər bir beton parçasının sıxılma vəziyyətində olduğuna, heç bir hissənin dartılmadığına zəmanət verə bilərik.”

Qənaət yalnız daha az material istifadə etməklə deyil, həm də qəliblərin tamamilə atlanması ilə əldə edilir ki, bu da birdəfəlik formalar üçün artan bir üstünlükdür. Carstensen fəlakətlərin aradan qaldırılmasında erkən vəd görür: “Qabıq düzəltməyə ehtiyac olmadan tez bir zamanda yeni infrastruktur qura bilərsiniz.”

Körpünün yalnız sıxılma xüsusiyyəti sınaqdan keçirildikdən sonra özünü kəskin şəkildə göstərdi. Körpü tərpənmədən 910 kiloqramdan çox yükə tab gətirmişdi, lakin işçi onun altından süpürmək üçün bir küncü bir neçə düym qaldıranda qırıldı. Uğursuzluq dizayn qüsuru deyil, onun arxasındakı prinsipin nümayişi idi: Beton çəkildikdə zəif olur və qaldırıcı qüvvə körpünün heç vaxt daşımamalı olduğu hissələrini gərginləşdirirdi. Kim-Takovyak deyir: “Bir tərəfdən optimaldır, amma hər tərəfdən optimal deyil”.

Bu, komandanın növbəti addımına işarə edir: dəmir-beton. “Bilirik ki, təmiz beton konstruksiya mütləq ən optimal şey olmayacaq, ona görə də onu bu gün yaşadığımız dünyaya, yəni dəmir-beton dünyaya daha çox köçürürük”, – deyə Kim-Takovyak bildirir. “Basılmış beton konstruksiyaya armaturun necə əlavə ediləcəyini öyrənmək öz çətinliyini sübut edir”, – deyə o əlavə edir.

Daha çox məlumat

Hajin Kim-Tackowiak və digərləri, İstehsal məhdudiyyətlərinin topologiyası optimallaşdırılmış 3D çaplı beton konstruksiyalara təsiri, Əlavə İstehsal (2026). DOI: 10.1016/j.addma.2026.105283

Əsas anlayışlar

Hesablama əlavə istehsalıMassaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir