Penn State e la rivoluzionaria tecnologia di stampa 3D creata per il Challenge sulla casa della Nasa

Penn State crea una rivoluzionaria tecnologia di stampa 3D per la NASA Housing Challenge

Nel 2017, pochi mesi prima della sua morte, il fisico teorico Stephen Hawking ha detto che l’ umanità ha solo 100 anni per sfuggire alla Terra . Anche se abbiamo visto i segnali che ci avvertono che la vita su questo pianeta è in difficoltà, con la plastica che conquista gli oceani, migliaia di specie animali che si estinguono e una carenza di acqua che colpisce ogni continente, la conversione verso uno stile di vita pienamente sostenibile che potrebbe ripristinare il lo stato debole della nostra casa non sta succedendo. Così, molti stanno prestando attenzione e ascoltando i consigli di Hawkins, cercando di cercare altri “corpi celesti”, da conquistare. Uno dei primi ad annunciare che stavano cercando volontari per viaggiare sul pianeta rosso era Mars One nel 2013, con oltre 200.000 persone da 140 paesi che chiedevano un biglietto di sola andata per entrare in un insediamento umano su Marte nel 2023. Milioni di dollari dopo, Mars One andò in bancarotta mostrandoci quanto sarebbe stato impegnativo lo sviluppo della tecnologia per Marte. Fortunatamente, non sono gli unici, quattro anni fa, la NASA ha delineato un piano per sbarcare gli umani sulla superficie di Marte entro il 2030, e l’investitore di fama mondiale Elon Musk ha già una linea temporale per colonizzare Marte. La gara sta sviluppando la tecnologia, le navicelle spaziali e la medicina che porterà i primi coloni. Una delle principali sfide è ovviamente l’alloggio, motivo per cui la NASA ha ospitato la sfida dell’habitat della stampa 3D , un evento massiccio in quattro parti iniziato nel 2015 e creato una competizionetra gli inventori cittadini di utilizzare materiali facilmente disponibili e riciclabili per stampare gli habitat utili per la colonizzazione di Marte. Inoltre, queste scoperte nella scienza e nella tecnologia possono anche essere adattate per migliorare la vita sulla Terra. Durante la fase finale, la squadra runner up della Pennsylvania State University of University Park, ha ricevuto $ 200.000 per il loro lavoro. Il team interdisciplinare di studenti e docenti dei college di arte e architettura , ingegneria, scienze agrarie e Istituto di ricerca sui materiali, ha lavorato duramente negli ultimi anni a questa sfida e nel processo ha progettato una svolta che avanza verso il 3D. stampa la ricerca edilizia e spinge il team più vicino all’obiettivo di creare alloggi sostenibili sulla Terra.

La competizione in quattro fasi richiede ai concorrenti di sviluppare una tecnologia di stampa 3D avanzata, compresi gli elementi meccanici della stampante e una miscela di cemento utilizzando materiali indigeni, per produrre un habitat strutturalmente sano che può essere stampato in 3D dagli esploratori spaziali della NASA su Marte. Durante la fase finale, che si è svolta la prima settimana di maggio, e dopo 30 ore di stampa 3D, con quasi 200 spettatori riuniti al centro dimostrativo e didattico Caterpillar Edwards di Peoria, due squadre hanno gareggiato fianco a fianco, PennStateDen @ Mars (il unica squadra universitaria nella competizione) e AI SpaceFactory, che si conclude con la stampa finale della struttura di ogni squadra. E anche se il team Penn State non ha vinto la terza fase della competizione, è tornato a University Park avendo sviluppato una tecnologia di costruzione di case stampate in 3D che potrebbe avere un impatto sulla costruzione o aiutare a ricostruire aree devastate da disastri naturali.

Il team di Penn State durante la terza fase della sfida della NASA

“Stampare un tetto chiuso non è mai stato fatto prima”, ha detto José Duarte, leader del team Penn State e direttore del Stuckeman Center for Design Computing . “È stata una sensazione incredibile e il successo ha davvero messo in luce la natura collaborativa della squadra. Abbiamo fatto grandi sogni e grazie a tutti i soggetti coinvolti, sono diventati una realtà. Sicuramente proviamo un senso di responsabilità sociale con questa ricerca. Abbiamo a che fare con un ambiente molto diverso dal nostro. “

L’incontro della NASA ha generato molti esperimenti, sfide e risultati innovativi, aiutando la tecnologia 3D ad avanzare in un territorio inesplorato, e Marte o qualsiasi altro pianeta che gli umani intendano abitare in futuro sarà un’impresa difficile. Marte è un pianeta roccioso con vulcani, canyon, accesso limitato all’acqua e un’atmosfera molto sottile fatta di anidride carbonica, azoto e argon. È simile alla Terra in qualche modo, ma potrebbe essere necessario adattarsi prima di vagare per il terreno, per non parlare di provare a costruire la propria casa. Secondo la NASA è un posto difficile dove vivere, ma grazie alla conoscenza e alla comprensione acquisite attraverso queste competizioni, potremmo avvicinarci un po ‘a condurre esperimenti di stampa dal vivo sul posto.

Professore associato di architettura e compagno di squadra, Shadi Nazarian, crede anche che la tecnologia potrebbe cambiare la vita per molte persone:

“Immagina un’area devastata da un tornado; questo tipo di tecnologia potrebbe essere inviato a quell’area e i rifugi possono essere immediatamente stampati per coloro che hanno perso tutto. Questo pensiero guida la nostra ricerca e si sente molto più raggiungibile con i nostri ultimi risultati. Le applicazioni dei materiali e delle tecniche sviluppate da noi e dai nostri concorrenti sono molte, comprese le possibilità immediate di costruire materiali più delicati per l’ambiente, utilizzare materiali indigeni e riciclabili e resistere a condizioni difficili qui sulla Terra e oltre “, ha suggerito Nazarian. .

Il team Penn State, guidato da Duarte e Nazarian, è stato originariamente selezionato per prendere parte alla competizione da un pool iniziale di 77 squadre. PennStateDen @ Mars è stata una delle sole cinque squadre che si sono qualificate per partecipare alla Sfida del Centenario. In entrambe le fasi del concorso, i partecipanti hanno dovuto stampare in 3D pezzi di habitat strutturali in non più di quattro giorni, che sono stati valutati e poi sottoposti a test di frantumazione sul posto, utilizzando alcune delle macchine da costruzione più schiaccianti di Caterpillar. Durante l’evento, il team ha affrontato la sfida di creare robot per costruire l’habitat. La squadra ha avuto molto successo, finendo al secondo posto nella seconda fase, al secondo e al terzo posto nei livelli di costruzione uno e due della terza fase della competizione, generando quasi $ 300.000 in premi in denaro.

Il team di Penn State durante la seconda fase della sfida della NASA

L’ingresso di PennStateDen @ Mars alla competizione si basava su precedenti ricerche volte a sviluppare materiali classificati in modo funzionale e a verificare la possibilità di progettare e costruire edifici senza soluzione di continuità, che possono avere un impatto significativo sul linguaggio architettonico e sui processi di costruzione. Hanno ulteriormente sviluppato tecnologie di produzione additiva per gli habitat di stampa 3D utilizzando un calcestruzzo appositamente formulato realizzato con materiali che possono essere trovati su Marte. Ma Penn State, selezionata per questa sfida, ha anche molto a che fare con la loro esperienza e innovazione nella stampa 3D. Hanno molti laboratori di stampa 3D nel campus, come la Maker Commons , che ospita un’installazione di stampa su larga scala di 32 stampanti 3D desktop e dell’Invention Studio; ricercatori universitari approfondiscono la 4D Printing con Wood Composites per applicazioni architettoniche, mentre una startup Penn State , Trimatis LLC, spera di aiutare il pianeta con filamenti riciclati e l’università ha anche creato VenturePointe, un nuovo incubatore di startup per il campus urbano Penn State Shenango , completo di Stampanti 3D. Sia Nazarian che Duarte hanno fatto ricerche con materiali e stampe 3D in passato, con lo sviluppo di interfacce di materiali innovativi e graduati, che avrebbero consentito la progettazione di shelter senza saldatura e legami impermeabili tra vetro e geopolimero per proteggere gli individui e il clima dentro l’habitat.

“La competizione su Marte ci ha offerto l’opportunità di ampliare la nostra comprensione della stampa 3D in modi che non abbiamo considerato”, ha detto Nazarian . “Il risultato è stato un progresso che può cambiare radicalmente la costruzione in cemento. Ad esempio, la stampa 3D non richiede la cassaforma, che consuma gran parte del costo e della manodopera in questo settore. Sono entusiasta di come questa ricerca aiuti a far progredire la tecnologia di costruzione necessaria per creare opzioni abitative sostenibili “.

I membri del team hanno concentrato i loro sforzi nello sviluppo di una nuova formulazione concreta, nell’avanzamento dei processi di stampa 3D e nella progettazione dell’intero sistema di stampa 3D necessario per stampare strutture di grandi dimensioni. Secondo Penn State, la produzione del legante geopolimerico utilizzato nella formulazione del calcestruzzo progettato dal team non emette anidride carbonica nell’atmosfera, a differenza della produzione dei tipi più comuni di cemento. L’anno scorso, l’assistente professore di ingegneria civile presso la Penn State, Alexandra Radlinska, insieme alla NASA ha lanciato un esperimento, la Microgravity Investigation of Cement Solidification – Multi-use Variable-Gravity Platform (MICS-MVP), per esaminare campioni di cemento a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, che potrebbero avere significativi benefici per gli esseri umani che vivono sulla Terra e, alla fine, sulla Luna e su Marte. Elaborazione dei campioni forniti con la linea di base fondamentale e intuizioni riguardanti la solidificazione del cemento in corpi extraterrestri come Marte.

Centro dimostrazione e apprendimento Caterpillar Edwards a Peoria

Il 3D Printed Habitat Challenge riprenderà il prossimo anno e il team di PennStateDen @ Mars è pronto a promuovere la tecnologia di costruzione additiva necessaria per creare alloggi sostenibili. Nel frattempo, stanno cercando di mostrare la loro svolta nella stampa 3D per abitazioni nel campus, dove potrebbe essere costruita una piccola casa stampata in 3D, che, secondo l’università, sarà un edificio completamente sostenibile e offrirà uno sguardo sul futuro di costruzione domestica.

Il team di Penn State ha vinto il secondo posto durante la terza fase della sfida della NASA

La produzione additiva è ampiamente utilizzata per sviluppare opzioni abitative sostenibili. Con paesi come Singapore impegnato al lavoro 3D stampa alloggi pubblici , nonché INNOPrint 3D, una stampante 3D francese che (non realisticamente) afferma di poter stampare alloggi di emergenza in 30 minuti, cercando di stampare case per i primi coloni a colonizzare Marte sembra il giusta direzione per la tecnologia. Molti innovatori, aziende e governi sono appassionati della vita su altri pianeti, e Marte ha qualità che gli esperti considerano simili alla Terra, con le sfide che aumentano il ritmo delle tecnologie di stampa 3D utilizzate nella costruzione, potrebbe non passare molto tempo prima che le stampanti 3D vengano spedite su Marte per alcune delle prime esperienze di costruzione nello spazio.

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