В настоящее время большинство многоэтажных зданий строится на базе каркаса, части которого сделаны из стали, что в ряде случаев непрактично: сталь хоть и является прочной, но иногда ее применение избыточно и в то же время слишком затратно. Новый техпроцесс, разработанный специалистами из Университета Ноттингема, позволяет применять преимущества 3D-печати для создания стройматериалов, которые в 10000 раз прочнее стали и отличаются небывалой легкостью. Ученые обнаружили, что для создания необычных материалов могут быть использованы фрактальные структуры (фракталы). Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Сочетание достижений в области материаловедения и технологии 3D печати даст нам возможность адаптировать элементы каркаса под конкретные нагрузки и цели, а также добиться сокращения отходов и затрат. Техпроцесс, разработанный Йонгом Мао из Университета Ноттингема в Великобритании и его коллегами, предполагает репликацию множества одинаковых фракталов, в основе компоновки которых лежит треугольник. Причем крупные элементы построены из элементов меньшего размера, связанных в сеть. Треугольная форма была выбрана потому, что просчет многоугольников с большим количеством углов является значительно более сложной задачей.

Отметим, что фрактальные структуры очень часто можно наблюдать в природе на всех уровнях: от одного листа папоротника, который напоминает все растение, до снежинок и кровеносных сосудов. Преимущества фракталов уже давно известны ученым и инженерам - часть конструкции Эйфелевой башни имеет подобную форму.

Йонг же разработал теоретические основы для разработки строительных конструкций, где оптимальный иерархический порядок структуры зависит от нагрузки, которую она должна выдерживать. Используя эту технику, команда ученых успешно создала такую структуру - простую полую балку из полимерной смолы. Также применялся техпроцесс быстрого прототипирования, который является продвинутой формой 3D-печати.

Затем специалисты оценили, насколько хорошо балка выдерживает нагрузки. Результат оказался не очень хорошим. Поэтому Йонг и его коллеги с помощью сложного программного обеспечения проанализировали недостатки фрактальной структуры и доработали ее. Этот процесс повторялся несколько раз. Форма третьего поколения оказалась в 10000 раз прочнее стали, сообщает Gizmodo.

Недостатком этого вида производства стройматериалов является то, что даже небольшой просчет при проектировании фрактала может вызвать серьезные проблемы. Возможно, именно поэтому данная технология пока еще не удостоилась практической реализации. Но ученые убеждены, что уже в течение следующего года им удастся разработать коммерческие методы оценки фракталов и предоставить строителям инструменты с необходимым уровнем точности. Мао также считает, что 3D-печать позволит всем желающим создавать подобные структуры, предварительно скачав макет.

Использованы материалы Physical Review Letters, Gizmodo и energysafe.ru