Американские исследователи, работающие с SHoP Architects, создали потенциальную альтернативу стали и бетону в качестве конструкционного материала для пола: перерабатываемые панели, полностью изготовленные из биопластика и древесной муки.
Сборная панель была изготовлена с помощью 3D-печати исследователями Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США (ORNL) и Университета штата Мэн (UMaine) – оба являются участниками государственно-частного партнерства SM2ART.
По мнению команды, кассетная панель SM2ART Nfloor более безопасна для окружающей среды и быстрее изготавливается, чем аналогичные железобетонные элементы, которые обычно используются в многоэтажных зданиях.
Исследователи начали работу над кассетой по просьбе SHoP Architects изучить потенциал биоматериалов и аддитивного производства для массового производства напольных панелей.
Кассета SM2ART Nfloor напечатана на 3D-принтере из смеси биопластика и древесных отходов.
«Мы видели прецедент в аэрокосмической отрасли, где новые технологии внедряются в небольших частях и расширяются в целом», — сказал Dezeen директор SHoP Джон Сероне.
«Мы применили этот принцип, изолировав продукт строительной системы — сборку кассеты для пола из легкой стали — от существующего партнера по цепочке поставок, чтобы оценить его замену одной твердотельной печатной деталью на биологической основе».
Прочность за счет сочетания материалов
ORNL и UMaine изготовили панели с использованием полилатной кислоты (PLA), биопластика, полученного из остатков кукурузы, который они смешали с древесной мукой, полученной из отходов лесопереработки.
По словам исследователя ORNL Кэти Копенхейвер, прочность панели пола обусловлена сочетанием этих двух материалов, а также ее геометрической формой, которая распределяет нагрузку на ее внешние края, где она будет находиться внутри стального каркаса здания.
«Добавление древесной муки в PLA значительно увеличивает его жесткость», — сказал Копенхейвер, поскольку жесткость является ключом к общим характеристикам.
«То, чего мы не можем достичь только с помощью свойств материала, мы можем объяснить с помощью структурного проектирования», — продолжила она. «Плоской стальной пластины может быть достаточно для чего-то, и ее нельзя заменить PLA той же геометрии, но потенциально можно разработать деталь из PLA, которая также справится с этой задачей».
Согласно испытаниям команды, кассета имеет такую же прочность, как и типичный железобетонный пол, а также говорят, что она биоразлагаема и по ней приятнее ходить.
Важна также цельная конструкция из мономатериала. В отличие от обычной стальной напольной кассеты, которая, по словам Копенхейвера, состоит из 31 детали и трех материалов, ее быстрее изготовить и легче переработать.
Взгляд на 3D-печать «с точки зрения производительности»
Каналы для проводки, водопровода и воздуховодов можно распечатать в процессе производства, что устраняет необходимость вырезать их после завершения сборки и, таким образом, экономит время и деньги.
На печать кассеты ушло около 30 часов, что, по оценкам, сократит трудозатраты примерно на 33 процента.
«Когда люди думают о 3D-печати, они обычно думают о форме или с точки зрения эстетического или формального жеста», — сказал Чероне. «Здесь мы думаем об этом с точки зрения производительности».
«Помимо снижения выбросов углерода, свойственного материалам на биологической основе, использование аддитивного производства позволило эффективно размещать конструкционные материалы, одновременно интегрируя маршруты для механических, электрических и сантехнических систем».
Хотя кассета все еще находится на ранних стадиях разработки, исследователи и SHoP Architects считают, что она имеет значительные перспективы для продвижения использования органических материалов в строительстве, особенно для модульных многожилых зданий.
Смесь PLA и древесной муки можно использовать для производства многих видов крупноформатных деталей, изготовленных аддитивным способом.
«Что действительно интересно в этом новшестве, так это то, что оно индустриализует сам процесс, который будет применим во всех типологиях и масштабах в будущем, создавая более эффективные и ориентированные на производительность возможности в повседневном строительстве», — сказал основатель SHoP Кристофер Шарплс.
В настоящее время исследователи работают над усовершенствованием конструкции, чтобы сократить время печати и расход материала, а также изучают дополнительные функциональные возможности.
SHoP Architects базируется в Нью-Йорке и наиболее известна своими проектами в этом регионе. К ним относятся сверхтонкая башня Стейнвей, а также Бруклинская башня — самое высокое здание в Бруклине.
