Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) представили способ проектирования мостов и конструкций для крупноформатной 3D-печати. Способ учитывает реальные возможности принтеров, снижает расход бетона и увеличивает прочность конструкции.

Привычные алгоритмы топологической оптимизации создают сложные решётчатые конструкции. Они хорошо показывают себя в компьютерной симуляции, но оказываются непригодными для печати. В частности, печатающая головка не может выполнять слишком резкие повороты, а всю конструкцию лучше печатать по непрерывной траектории. В связи с этого инженерам вручную приходится упрощать рассчитанную конструкцию, а на доработки может уходить некоторое количество дней.

Платформа MIT основана на смешанно-целочисленном нелинейном программировании. Она учитывает допустимые размеры элементов, минимальный радиус поворота печатающей головки, непрерывность траектории и ограничения по напряжению и деформации неармированного бетона. Одновременно готовый к печати инициатива можно сформировать на обычном ноутбуке всего за некоторое количество минут. В частности, во время тестов инженеры смогли изменить размер конструкции и получить обновлённую схема за 10 минут.

Для проверки метода инженеры MIT совместно со специалистами исследовательского центра Autodesk в Бостоне изготовили экспериментальный мост длиной 2,3 метра. Его напечатали из доступной в магазинах строительной смеси около за 30 минут. Конструкция весила около 408 кг и выдержала более 900 кг бетонных блоков, распределённых по поверхности моста. Одновременно исследователи не зафиксировали заметного прогиба, а результаты тестов совпали с компьютерным моделированием.

Напечатанный прототип потребовал около на 14% меньше материала, чем сопоставимая конструкция, изготовленная традиционным способом. Кроме того, в эксперименте принтер укладывал бетон полосами шириной 40 мм. Уменьшение этого показателя до 10 мм позволило бы снизить массу конструкции ещё на 76,1% при сохранении необходимого запаса прочности.