Настольный 3D-принтер превратили в конструктор бутылок

Несмотря на развитие технологий 3D-печати, существующие портативные принтеры, как правило, не рассчитаны на производство крупных конструкций. Это значительно ограничивает сферу их приложений, тогда как печать, например, домов с помощью строительных принтеров по-прежнему остается дорогой и трудоемкой. В качестве альтернативы рассматривается подход, который предполагает проектирование масштабируемых построек из доступных материалов и печать только промежуточных элементов, в частности соединений. Сотрудники Института имени Хассо Платтнера использовали для такой печати пластиковые бутылки — в рамках подобных проектов они обычно играют роль «кирпичей».

Вместо классической конструкции авторы остановились на ферменной — она позволяет повысить прочность системы за счет сил растяжения и сжатия и распределить общую нагрузку более равномерно. Ключевой особенностью работы стало программное обеспечение, получившее название TrussFab. Оно рассчитано на непрофессиональных строителей и помогает пользователю собрать конструкцию нужной формы из виртуальных «бутылок». Размер элементов алгоритм определяет автоматически. Кроме того, TrussFab может моделировать поведение системы в условиях нагрузок и оценивать наиболее уязвимые узлы. Результатом служит файл в формате .STL, поддерживаемый большинством коммерческих 3D-принтеров.

С помощью конечного файла пользователь может распечатать соединительные элементы, необходимые для сборки заданной конструкции. При этом, поскольку размер таких креплений относительно мал, их изготовление и последующее применение, по словам авторов, занимает немного времени. В рамках демонстрации ученые создали ряд конструкций: купол, стулья, мост, а также лодку, способных выдерживать вес человека. Предполагается, что разработка может помочь людям, не имеющим навыков в области инженерии, проектировать и производить простые предметы из доступных материалов. Оценка безопасности пользователей в этом случае будет проводиться программой на основе имеющихся данных.

В экспериментах инженеры использовали настольные 3D-принтеры MakerBot 2X. При диаметре сопла 0,5 миллиметра печать одного соединительного элемента занимала у них порядка 1,5–2,5 часа. На производство различных конструкций уходило от 16 до 60 часов и от 36 до 512 многоразовых бутылок. Материалом для настилов (например, сиденья для стула) служили стружечные плиты. Ранее американские ученые задействовали пластиковые бутылки для создания дешевых кондиционеров. Вставленные в перфорированный щит горлышком на улицу, они позволили охладить поступающий в помещение горячий воздух на 5 градусов Цельсия. Изобретение получило широкое распространение в Бангладеше.

Проект немецких инженеров был представлен в ходе конференции Conference on Human Factors in Computing Systems (ACM CHI) 2017.