Ученые разработали экопанель для строительства

Однослойную, перерабатываемую панель пола из натуральных материалов, которая оказалась достаточно прочной, чтобы заменить такие строительные материалы, как сталь, создала и напечатала на 3D-принтере группа ученых из Ок-Риджской национальной лаборатории Министерства энергетики США (ORNL) и Университета Мэна.

Проект является частью программы Альянса устойчивых материалов и производства возобновляемых технологий (SM2ART). Команда SM2ART ранее построила BioHome3D, первый в стране дом, полностью изготовленный из биологических материалов с помощью аддитивного производства.

Компоненты BioHome3D и напольная панель недавно были продемонстрированы на выставке инноваций в жилищном строительстве 2024 года, организованной Министерством жилищного строительства и городского развития США на Национальной аллее.

Панель SM2ART Nfloor была разработана для замены традиционных стальных и бетонных сборок как революционный шаг в строительстве многоквартирных домов. Технология может создавать прочные, биологически обоснованные конструкции, способные сделать многоэтажные здания более экологичными и способствовать увеличению использования устойчивых сооружений, произведенных на модульных строительных предприятиях.

Модульное или панельное производство создает завершенные секции здания на заводе, прежде чем доставить их на строительную площадку для окончательной сборки. Этот метод становится экономически выгодным способом разработки устойчивых жилых сооружений в городских районах.

Исследователь из ORNL Кэти Копенхавер, отметила, что это первая попытка создать прочную напольную панель из экологически чистых ресурсов, что значительно повышает потенциал использования органических материалов в модульных многоэтажных зданиях.

По ее словам, используя биологически обоснованную крупномасштабную 3D-печать, разработчики заменили сборку из 31 детали и трех материалов на однослойную напольную панель, которая экологически безопасна и обладает той же прочностью, что и традиционные стальные полы.

Прочность панели SM2ART обеспечивается уникальной формулой из полимолочной кислоты (PLA), биопластика, полученного из кукурузных отходов и древесной муки, произведенной из отходов лесопереработки. Как оказалось, смесь PLA и древесной муки отлично подходит для производства перерабатываемых, крупноформатных аддитивных деталей. Эта однослойная напольная сборка жестче и обеспечивает улучшенный комфорт при ходьбе по сравнению с заменяемой стальной и бетонной сборкой.

Для создания панели исследователи использовали крупномасштабный 3D-принтер, который наносил смесь PLA и древесной муки в точную геометрическую форму. Работая непрерывно и автономно, принтер изготовил панель SM2ART Nfloor за 30 часов, что позволило сократить трудозатраты примерно на 33% по сравнению с аналогичной стальной сборкой, выполненной вручную.

Значительная часть стоимости традиционной стальной конструкции заключается в необходимости вырезать каналы для электрических проводов, труб и воздуховодов для отопления, вентиляции и кондиционирования после почти завершения стальной сборки пола.

Как отмечают ученые, 3D-печать может сэкономить время и деньги, напечатав панель с вырезами, заранее предусмотренными в готовом продукте, а единственный человеческий труд заключается в установке акустической защиты от шума и напольного покрытия, выбранного заказчиком.

Панель SM2ART Nfloor также полностью перерабатываемая. В отличие от строительных материалов, которые отправляются на свалку после окончания срока службы традиционного здания, PLA является возобновляемым материалом, который можно повторно использовать для производства других продуктов после демонтажа. Такой подход к более циркулярной экономике позволяет постоянно перерабатывать ресурс, вместо того чтобы выбрасывать его как отходы.

Отметим, что проект все же находится на начальных этапах разработки. Дополнительные исследования будут включать изучение огнезащитных средств, возможность добавления устойчивой изоляции и улучшение производственных методов. Также последующие шаги будут направлены повышение эффективности и экономичности производственного процесса с дополнительными функциями.