Строительная отрасль загрязняет атмосферу, 7% глобальных выбросов CO2 связаны только с производством цемента. Стремясь сократить выбросы углерода, связанные со строительством, исследователи из отдела цифровых строительных технологий (DBT) в ETH Zürich создали FoamWork. В рамках проекта исследуется, как можно использовать пенопластовую 3D-печать (F3DP) в сочетании с заливкой бетона. В результате получается система, которая повышает эффективность использования материалов и снижает выбросы углерода.
В настоящее время монолитно-бетонные конструкции используют избыточный материал. Иногда инженеры используют полые пластиковые формы для уменьшения бетона в стандартных плитах. Для более сложных систем литейные формы изготавливаются из дерева или плотного пенопласта, вырезанного на станке с ЧПУ. Эти трудоемкие системы чрезмерно используют бетон и производят отходы из обрезков. Но использование профилей F3DP в монолитной бетонной опалубке позволяет сэкономить до 70% бетона, они значительно легче и обладают хорошей изоляцией.
Прототип плиты, созданный командой DBT, показывает, насколько универсально можно сочетать бетонные конструкции и пену, напечатанную на 3D-принтере. В плите используются ребра, полученные из изостатических линий, которые указывают направления сжатия и растяжения. Исходя из схемы главных напряжений, геометрия этой плиты имеет 24 полости для пенопластовых вставок 12 различных форм.
Для производства пены ETH Zürich сотрудничает с FenX AG, компанией, которая использует минеральные отходы для производства высокоэффективной изоляции зданий. Роботизированный манипулятор изготавливает пенопластовые компоненты из переработанной золы - отходов угольных электростанций.
Компоненты пенопласта укладываются в деревянную опалубку перед заливкой в сверхвысококачественный фибробетон (UHPFRC) для отливки структурного элемента. После того, как бетон затвердеет, куски пенопласта можно либо оставить для сохранения их изоляционных свойств, либо сырье можно переработать и перепечатать для других проектов FoamWork.
Этот процесс можно воспроизвести для других стандартизированных или более сложных бетонных структурных элементов. Расчет основных структур напряжений может быть использован для проектирования и изготовления различных конструктивных элементов с эффективным использованием материалов. Они могут варьироваться от стандартных элементов до индивидуальных плит и стен.
Поскольку при использовании FoamWork не создаются обрезки, вся производственная система потенциально может быть безотходной. Наряду с минимизацией отходов материала более легкая масса конструктивных элементов позволяет легко транспортировать, обрабатывать и собирать на строительных площадках.
