Могут ли когда-нибудь здания быть построены из материалов, которые так же легко разбирать, как кубики LEGO? Команда инженеров Массачусетского технологического института считает, что это так, и они разрабатывают новый вид реконфигурируемой каменной кладки из переработанного стекла, напечатанного на 3D-принтере.

Хотя использование стекла в качестве строительного материала может показаться безумием, структурные испытания показывают, что прочность стеклянных кирпичей сравнима с прочностью их бетонных аналогов. Этот новый подход к строительным материалам может изменить то, как мы строим и демонтируем конструкции. Однажды это может помочь сделать отрасль более устойчивой и сократить выбросы углекислого газа.

Круговой подход к строительству

Стеклянные кирпичи, напечатанные на 3D-принтере, были вдохновлены «круговым строительством», растущим движением в архитектуре, которое стремится повторно использовать материалы в течение нескольких жизней здания. Уменьшая потребность в производстве новых материалов, мы надеемся сократить выбросы парниковых газов, связанных со строительством, известных как «воплощенный углерод». Эти выбросы накапливаются на протяжении всего срока службы здания — от производства материалов до возможного сноса.

Руководствуясь этим видением, инженеры MIT создали прочные многослойные стеклянные кирпичи с помощью технологии 3D-печати. Каждый кирпичик имеет форму восьмерки и предназначен для соединения друг с другом, как кубики LEGO. Команда представляет себе будущие здания, которые можно будет разбирать, а их кирпичи собирать в новые конструкции или перерабатывать в совершенно другие формы.

«Стекло — это материал, который легко перерабатывается», — говорит Кейтлин Беккер, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института. «В конце срока службы конструкции эти стеклянные кирпичи можно разобрать и собрать во что-то новое или даже переплавить и напечатать в другой форме».

Открывая новые горизонты с помощью стекла

Стекло может показаться маловероятным выбором в качестве строительного блока. Обычно его считают хрупким и непригодным для основных структурных элементов. Однако этот проект, возглавляемый Беккером и Майклом Стерном, выпускником Массачусетского технологического института и основателем компании Evenline, специализирующейся на 3D-печати на стекле, заставит вас оспорить это предположение.

«Стекло как конструкционный материал немного ломает людям мозги», — говорит Стерн. «Но мы показываем, что это возможность раздвинуть границы того, что было сделано в архитектуре».

Недавно команда протестировала свои стеклянные кирпичи под механическим воздействием и обнаружила, что самые прочные кирпичи могут выдерживать давление, сравнимое с давлением, которое испытывают бетонные блоки. Это важная веха для стекла как строительного материала, показывающая, что оно может обеспечить как возможность вторичной переработки, так и прочность.

Шаг к более устойчивой архитектуре

История начала этого исследования началась в Стеклянной лаборатории Массачусетского технологического института, где Беккер и Стерн впервые столкнулись с этим материалом во время учебы на бакалавриате. Вскоре их увлечение возможностью вторичной переработки стекла и его оптическими свойствами поставило их на путь изучения того, как оно может использоваться в строительстве.

В конце концов Стерн изобрел 3D-принтер для стекла. Последняя версия принтера, G3DP3, плавит переработанные стеклянные бутылки и превращает их в форму для печати. Затем стекло укладывается слоями в прочные кирпичи, каждый из которых имеет переплетенные колышки, как в блоках LEGO.

Помимо механической прочности, кирпичи обеспечивают гибкость в дизайне. Форма восьмерки позволяет устанавливать их в стены, которые могут изгибаться и смещаться, что позволяет создавать более динамичные архитектурные конструкции.

Таким образом, исследователи видят огромный потенциал этой технологии. В ближайшем будущем надеются построить павильоны и временные конструкции, которые можно будет собрать в новые формы. Долгосрочная цель – подарить этим стеклянным кирпичам «много жизней». Их можно повторно использовать в различных проектах, что снижает потребность в новых материалах и сокращает количество отходов.

Несмотря на то, что необходимы дополнительные исследования для совершенствования соединительных элементов, которые в настоящее время изготавливаются не из стекла, команда по-прежнему с оптимизмом смотрит на масштабирование своей конструкции.

«Мы лучше понимаем, каковы ограничения материала и как его масштабировать», — говорит Стерн.

На данный момент команда сосредоточена на строительстве все более крупных стеклянных конструкций: от небольших стен до потенциально целых зданий.

Результаты были опубликованы в журнале Стеклянные конструкции и инженерия .