Raziskovalci na Univerzi v Aberdeenu na Škotskem razvijajo 3D-natisnjene jeklene konektorje za večkratno uporabo, ki bi lahko olajšali ponovno uporabo, prilagajanje in recikliranje stavb, kar bi pomagalo zmanjšati količino odpadkov pri rušenju v gradbeništvu.
Zaradi globalnega povpraševanja po hitrejši gradnji in bolj trajnostnih stavbah postaja modularna gradnja vse bolj priljubljena.
Ker trg modularne gradnje še naprej raste, se povečuje povpraševanje po naprednih gradbenih komponentah, ki lahko ne le pospešijo montažo, ampak tudi omogočajo enostavno razstavljanje in ponovno uporabo struktur po koncu njihove življenjske dobe.
Da bi se soočili s tem izzivom, raziskovalci z Univerze v Aberdeenu in Politecnico di Milano raziskujejo obsežne-uporabe tehnologije 3D tiskanja iz jekla za izboljšanje učinkovitosti gradnje, zmanjšanje odpadkov in podporo bolj trajnostnemu modelu krožne zgradbe.
Raziskovalna skupina združuje strokovno znanje na področju konstrukcijskega inženiringa, arhitekturnega načrtovanja, napredne proizvodnje in sistemov hladno{0}}oblikovanega jekla.
Jekleni konektorji za večkratno uporabo za modularno konstrukcijo
Koncept je bil prvič predlagan leta 2023, vodil pa ga je doktorski raziskovalec Univerze v Aberdeenu Ehsan Bakhshivand.
Projekt je podprla Fakulteta za inženiring v sodelovanju s profesorico Ornello Iuorio, z dodatno podporo profesorice Barbare Previtali in njene ekipe na Politehniki v Milanu.
Prve prototipne komponente in sistem 3D-tiskanja iz jekla so razvili v AS_Lab in AddMe Lab na Politecnico di Milano.
Dr. Alireza Bagheri, višji predavatelj inženiringa na Univerzi v Aberdeenu, je pojasnil:
"Cilj naše raziskave je ustvariti domove in zgradbe na pametnejši in bolj trajnosten način."
3D natisnjeni jekleni konektorji, ki jih je razvila ekipa, omogočajo lažje sestavljanje, spreminjanje in ponovno uporabo zgradb, hkrati pa presegajo omejitve tradicionalnih mehanskih povezav.
S skrbnim načrtovanjem teh konektorjev je mogoče lahke jeklene konstrukcije hitro sestaviti in popolnoma razstaviti, ne da bi poškodovali strukturne komponente.
Ta pristop izboljša učinkovitost gradnje, zmanjša materialne odpadke, poveča prilagodljivost zgradbe in podaljša življenjsko dobo.
Materiali, kot je hladno oblikovano jeklo, se pogosto uporabljajo v modularni konstrukciji, ker zagotavljajo lahko strukturno zmogljivost, dimenzijsko natančnost in odlično prilagodljivost izdelave.
Jeklo kot idealen material za konektorje za večkratno uporabo
Bagheri je pojasnil, da je bilo jeklo naravno izbrano, ker so konektorji natisnjeni neposredno na jekleno podlago.
"Uporaba istega materiala zagotavlja metalurško združljivost, strukturno kontinuiteto in učinkovit prenos obremenitve."
Jeklo zagotavlja trdnost, togost in duktilnost, ki je potrebna za kompaktne popolnoma snemljive priključne sisteme.
Obenem aditivna proizvodnja kovin ustvarja nove možnosti za kompleksne geometrije, avtomatizirano proizvodnjo in prilagojene zasnove prenosa obremenitev.
Hladno valjana jeklena pločevina zagotavlja odlično osnovo za natančne konstrukcijske aplikacije, saj nudi gladke površine, natančen nadzor debeline in zanesljivo zmogljivost oblikovanja.
Zmožnost recikliranja, ki je prirojena jeklu, je prav tako zelo primerna za večkratno sestavljanje in razstavljanje, kar podpira pravi krožni konstrukcijski model.
Napredna proizvodnja za trajnostne zgradbe
Raziskovalci verjamejo, da ta projekt zagotavlja razširljivo pot za preoblikovanje gradbene industrije, saj omogoča, da zgradbe postanejo vir-za dolgoročno ponovno uporabo in ne strukture za enkratno uporabo.
Bagheri je dodal:
"Ta pristop predstavlja novo smer v gradbeništvu. Obstoječi gradbeni sistemi niso kombinirali kovinskih 3D-natisnjenih konektorjev s hladno-formiranimi sistemi iz lahkega jekla, da bi dosegli hitro avtomatizirano sestavljanje in popolno razstavljanje."
Eden večjih prebojev je razvoj metode, ki lahko neposredno natisne kovinske konektorje na izjemno tanke jeklene podlage, običajno debele le 1–3 mm.
To znatno zmanjša deformacije in preostale napetosti med proizvodnjo, zaradi česar je tehnologija bližje praktičnim konstrukcijskim aplikacijam.
Za te napredne konstrukcijske sisteme imajo precizne jeklene komponente pomembno vlogo, saj je zmogljivost konektorja odvisna od natančne geometrije, doslednih lastnosti materiala in zanesljive kakovosti izdelave.
Prihodnost modularne jeklene konstrukcije
Jeklo še naprej igra pomembno vlogo pri modularni in trajnostni gradnji.
Od lahkih konstrukcijskih okvirjev do povezovalnih sistemov za večkratno uporabo jeklo omogoča zgradbam, da postanejo bolj prilagodljive, učinkovite in jih je mogoče reciklirati.
Z napredkom v proizvodnji kovinskih dodatkov in montažnih konstrukcijah bodo izdelki, kot so komponente jeklene konstrukcije, pločevina iz ogljikovega jekla in hladno{0}}oblikovani jekleni materiali, še naprej podpirali naslednjo generacijo trajnostnih zgradb.