往里鑿！蘇黎世的3D打印隧道機(jī)在馬斯克舉辦的隧道工程競(jìng)賽中斬獲亞軍

導(dǎo)讀：2021年9月15日，南極熊獲悉，來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和其他大學(xué)的一個(gè)學(xué)生團(tuán)隊(duì)在億萬(wàn)富翁商業(yè)巨頭和企業(yè)家埃隆-馬斯克主辦的隧道工程競(jìng)賽中獲得第二名。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)名為Swissloop Tunneling，他們的2.5噸隧道掘進(jìn)機(jī)也贏得了比賽的創(chuàng)新與設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，該機(jī)器利用3D打印機(jī)制作完成，在挖掘隧道的同時(shí)制作了一個(gè)支撐性的隧道襯里。

△蘇黎世團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的3D打印機(jī)隧道機(jī)和破碎過(guò)程

馬斯克的"Not-A-Boring"競(jìng)賽

馬斯克長(zhǎng)期以來(lái)一直對(duì)3D打印感興趣，該技術(shù)是他太空計(jì)劃的核心，即在未來(lái)幾十年內(nèi)將100多萬(wàn)人送到火星。馬斯克于2002年創(chuàng)立了他的私人太空探索項(xiàng)目SpaceX，此后，該公司將一個(gè)3D生物制造設(shè)施飛往國(guó)際空間站，并將一個(gè)3D打印的高通量衛(wèi)星發(fā)射到軌道上。

2020年夏天，馬斯克的Boring公司宣布了一項(xiàng)隧道工程競(jìng)賽，重點(diǎn)是建造能夠挖出30米長(zhǎng)、直徑為50厘米的穩(wěn)定隧道的小型隧道機(jī)。超過(guò)400個(gè)團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)參加比賽，包括Swissloop Tunneling在內(nèi)的12個(gè)決賽選手被邀請(qǐng)到拉斯維加斯，對(duì)他們的發(fā)明進(jìn)行測(cè)試。

△SwissloopTunneling公司的土撥鼠阿爾法掘進(jìn)機(jī)。照片來(lái)自Swissloop Tunneling

用3D打印技術(shù)加固隧道

比賽在內(nèi)華達(dá)州的沙漠中進(jìn)行，12支隊(duì)伍開始挖掘他們的隧道，然后被一場(chǎng)大雷雨和沙暴打斷了。經(jīng)過(guò)整夜的工作，瑞士隧道公司（Swissloop Tunneling）是僅有的兩支獲準(zhǔn)在決賽中繼續(xù)挖掘的隊(duì)伍之一。

該團(tuán)隊(duì)使用其7米2.5噸的土撥鼠阿爾法隧道掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行挖掘，并成功地挖掘了一條超過(guò)18米長(zhǎng)的隧道。該團(tuán)隊(duì)僅被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手慕尼黑工業(yè)大學(xué)擊敗，盡管這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)在比賽中都未能挖出一條全長(zhǎng)的隧道。

土撥鼠阿爾法也是唯一能夠在原地制造支持性隧道襯里的機(jī)器，這要?dú)w功于它的3D打印機(jī)制。利用該機(jī)制，機(jī)器將一種特別設(shè)計(jì)的聚合物混合物涂在隧道壁上，并立即硬化。同時(shí)，兩個(gè)液壓抓手交替工作，壓住新創(chuàng)建的隧道管，以推動(dòng)機(jī)器不斷前進(jìn)。

支撐材料由堅(jiān)韌的玻璃纖維材料和雙組份聚合物混合物組成，通過(guò)3D打印創(chuàng)造出15毫米厚的隧道壁。該材料確保了隧道全長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)完整性，并因其性能而獲得了大賽的創(chuàng)新與設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。

展望未來(lái)，Swissloop隧道工程團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步發(fā)展該技術(shù)，使土撥鼠阿爾法能夠挖掘出直徑四米的隧道。這是馬斯克的SpaceX Hyperloop競(jìng)賽所要求的隧道寬度，該競(jìng)賽正在嘗試建造高速太空艙以實(shí)現(xiàn)真空管道旅行。

△40多名學(xué)生幫助開發(fā)了土撥鼠阿爾法。照片來(lái)自于Swissloop工程公司

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院在建筑3D打印方面的創(chuàng)新

除了為隧道比賽做準(zhǔn)備，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員還利用3D打印技術(shù)開展了多個(gè)建筑項(xiàng)目。

△土撥鼠阿爾法利用3D打印機(jī)制，在原地制作隧道的支撐墻。照片來(lái)自Swissloop Tunneling

2020年7月，他們開發(fā)了一種新穎的"蛋殼"混凝土3D打印工藝，將機(jī)器人大型FDM 3D打印與鑄造方法相融合。該技術(shù)能夠以一種更節(jié)省材料的方式建造復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)。

在此之前，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院還利用3D打印技術(shù)創(chuàng)造了一個(gè)5噸重的3D打印弧形外殼混凝土館，并結(jié)合3D打印機(jī)和機(jī)械臂以數(shù)字方式制造了一座三層樓的房子。

僅在過(guò)去的幾個(gè)月里，該組織已經(jīng)宣布計(jì)劃為瑞士的一個(gè)文化場(chǎng)所建造一座由3D打印柱子組成的23米高的塔，并與扎哈-哈迪德建筑事務(wù)所、混凝土3D打印專家Incremental3D和建筑材料公司Holcim一起成功創(chuàng)建了第一座3D打印自支撐混凝土天橋。