Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Aberdeen στη Σκωτία αναπτύσσουν επαναχρησιμοποιήσιμους 3D εκτυπωμένους χαλύβδινους συνδέσμους που θα μπορούσαν να κάνουν τα κτίρια πιο εύκολη την επαναχρησιμοποίηση, την προσαρμογή και την ανακύκλωση, συμβάλλοντας στη μείωση των απορριμμάτων κατεδάφισης στον κατασκευαστικό κλάδο.
Με γνώμονα την παγκόσμια ζήτηση για ταχύτερη κατασκευή και πιο βιώσιμα κτίρια, η αρθρωτή κατασκευή γίνεται ολοένα και πιο δημοφιλής.
Καθώς η αγορά δομοστοιχειωτών κατασκευών συνεχίζει να αναπτύσσεται, η ζήτηση για προηγμένα δομικά στοιχεία που μπορούν όχι μόνο να επιταχύνουν τη συναρμολόγηση αλλά και να επιτρέψουν στις κατασκευές να αποσυναρμολογούνται εύκολα και να επαναχρησιμοποιούνται στο τέλος της διάρκειας ζωής τους.
Για να ανταποκριθούν σε αυτήν την πρόκληση, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Aberdeen και το Politecnico di Milano διερευνούν εφαρμογές μεγάλης κλίμακας-της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης χάλυβα για τη βελτίωση της κατασκευαστικής απόδοσης, τη μείωση των απορριμμάτων και την υποστήριξη ενός πιο βιώσιμου κυκλικού κτιρίου.
Η ερευνητική ομάδα συνδυάζει την τεχνογνωσία στη δομική μηχανική, τον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό, την προηγμένη κατασκευή και τα συστήματα ψυχρής-μορφοποίησης χάλυβα.
Επαναχρησιμοποιήσιμες ατσάλινες συνδέσεις για αρθρωτές κατασκευές
Η ιδέα προτάθηκε για πρώτη φορά το 2023 και ηγήθηκε του ερευνητή διδακτορικού του Πανεπιστημίου του Aberdeen, Ehsan Bakhshivand.
Το έργο υποστηρίχθηκε από τη Σχολή Μηχανικών σε συνεργασία με την Καθηγήτρια Ornella Iuorio, με πρόσθετη υποστήριξη από την Καθηγήτρια Barbara Previtali και την ομάδα της στο Politecnico di Milano.
Τα πρώτα πρωτότυπα εξαρτήματα και το σύστημα τρισδιάστατης εκτύπωσης χάλυβα αναπτύχθηκαν στο AS_Lab και στο AddMe Lab στο Politecnico di Milano.
Ο Δρ Alireza Bagheri, Ανώτερος Λέκτορας Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Aberdeen, εξήγησε:
«Η έρευνά μας στοχεύει στη δημιουργία κατοικιών και κτιρίων με πιο έξυπνο και πιο βιώσιμο τρόπο».
Οι 3D εκτυπωμένοι χαλύβδινοι σύνδεσμοι που αναπτύχθηκαν από την ομάδα επιτρέπουν στα κτίρια να συναρμολογούνται, να τροποποιούνται και να επαναχρησιμοποιούνται πιο εύκολα, ενώ ξεπερνούν τους περιορισμούς των παραδοσιακών μηχανικών συνδέσεων.
Σχεδιάζοντας προσεκτικά αυτούς τους συνδετήρες, οι ελαφριές κατασκευές από χάλυβα μπορούν να συναρμολογηθούν γρήγορα και να αποσυναρμολογηθούν πλήρως χωρίς να καταστρέψουν τα δομικά στοιχεία.
Αυτή η προσέγγιση βελτιώνει την απόδοση της κατασκευής, μειώνει τα απόβλητα υλικών, αυξάνει την προσαρμοστικότητα του κτιρίου και παρατείνει τη διάρκεια ζωής.
Υλικά όπως ο χάλυβας ψυχρής διαμόρφωσης χρησιμοποιούνται ευρέως σε αρθρωτές κατασκευές επειδή παρέχουν ελαφριά δομική απόδοση, ακρίβεια διαστάσεων και εξαιρετική ευελιξία κατασκευής.
Ο χάλυβας ως το ιδανικό υλικό για επαναχρησιμοποιήσιμους συνδετήρες
Ο Bagheri εξήγησε ότι ο χάλυβας επιλέχθηκε φυσικά επειδή οι σύνδεσμοι εκτυπώνονται απευθείας σε ένα χαλύβδινο υπόστρωμα.
"Η χρήση του ίδιου υλικού εξασφαλίζει μεταλλουργική συμβατότητα, δομική συνέχεια και αποτελεσματική μεταφορά φορτίου."
Ο χάλυβας παρέχει την αντοχή, την ακαμψία και την ολκιμότητα που απαιτούνται για συμπαγή, πλήρως αποσυναρμολογούμενα συστήματα σύνδεσης.
Ταυτόχρονα, η κατασκευή πρόσθετων μετάλλων δημιουργεί νέες δυνατότητες για πολύπλοκες γεωμετρίες, αυτοματοποιημένη παραγωγή και προσαρμοσμένα σχέδια μεταφοράς φορτίου.
Για δομικές εφαρμογές ακριβείας, το φύλλο ψυχρής έλασης από χάλυβα παρέχει μια εξαιρετική βάση επειδή προσφέρει λείες επιφάνειες, ακριβή έλεγχο πάχους και αξιόπιστη απόδοση διαμόρφωσης.
Η εγγενής δυνατότητα ανακύκλωσης του χάλυβα τον καθιστά επίσης εξαιρετικά κατάλληλο για επαναλαμβανόμενη συναρμολόγηση και αποσυναρμολόγηση, υποστηρίζοντας ένα πραγματικό μοντέλο κυκλικής κατασκευής.
Προηγμένη Βιομηχανία για Αειφόρα Κτίρια
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό το έργο παρέχει μια επεκτάσιμη διαδρομή για τον μετασχηματισμό της κατασκευαστικής βιομηχανίας, επιτρέποντας στα κτίρια να γίνουν μακροπρόθεσμοι επαναχρησιμοποιήσιμοι πόροι αντί για κατασκευές μιας χρήσης.
Ο Μπαγκέρι πρόσθεσε:
"Αυτή η προσέγγιση αντιπροσωπεύει μια νέα κατεύθυνση στην κατασκευή. Τα υπάρχοντα κτιριακά συστήματα δεν έχουν συνδυάσει μεταλλικούς συνδετήρες 3D εκτύπωσης με ψυχρά-σχηματισμένα συστήματα ελαφρού χάλυβα για να επιτύχουν γρήγορη αυτοματοποιημένη συναρμολόγηση και πλήρη αποσυναρμολόγηση."
Μία από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις είναι η ανάπτυξη μιας μεθόδου που μπορεί να εκτυπώσει απευθείας μεταλλικούς συνδέσμους σε εξαιρετικά λεπτά χαλύβδινα υποστρώματα, τυπικά πάχους μόνο 1–3 mm.
Αυτό μειώνει σημαντικά την παραμόρφωση και την υπολειπόμενη τάση κατά την κατασκευή, καθιστώντας την τεχνολογία πιο κοντά σε πρακτικές δομικές εφαρμογές.
Για αυτά τα προηγμένα συστήματα κατασκευής, τα εξαρτήματα από χάλυβα ακριβείας παίζουν σημαντικό ρόλο, επειδή η απόδοση του συνδετήρα εξαρτάται από την ακριβή γεωμετρία, τις σταθερές ιδιότητες του υλικού και την αξιόπιστη ποιότητα κατασκευής.
Το μέλλον της αρθρωτής κατασκευής από χάλυβα
Ο χάλυβας συνεχίζει να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη σπονδυλωτή και βιώσιμη κατασκευή.
Από τα ελαφριά δομικά κουφώματα έως τα επαναχρησιμοποιήσιμα συστήματα σύνδεσης, ο χάλυβας επιτρέπει στα κτίρια να γίνουν πιο προσαρμόσιμα, αποδοτικά και ανακυκλώσιμα.
Με την πρόοδο στην κατασκευή πρόσθετων μετάλλων και τις προκατασκευασμένες κατασκευές, προϊόντα όπως τα Steel Structure Components, το Carbon Steel Sheet και τα ψυχρά-υλικά από χάλυβα θα συνεχίσουν να υποστηρίζουν την επόμενη γενιά βιώσιμων κτιρίων.