由3D打印驅(qū)動的隧道挖掘機贏得2024年NOT-A-BORING競賽冠軍

2024年4月11日，南極熊獲悉，由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和瑞士大學(xué)組成的學(xué)生團隊Swissloop Tunneling宣稱，通過增材制造開發(fā)的隧道挖掘機贏得了2024年Not-a-Boring競賽冠軍。該競賽由SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）領(lǐng)導(dǎo)的隧道施工服務(wù)和設(shè)備公司The Boring主辦。

△Swissloop團隊與Groundhog Beta隧道挖掘機

在本屆比賽中，它們的微型隧道掘進機 (MTBM) 名為“Groundhog Beta”，能夠在挖掘過程中同時進行3D打印以支撐隧道壁。在之前的比賽中，Swissloop Tunneling曾獲得過總成績第二名，同時，在2021年和2023年榮獲了比賽的創(chuàng)新與設(shè)計獎。該團隊最初的鉆孔系統(tǒng)名為Groundhog Alpha，現(xiàn)已對其侵蝕系統(tǒng)和3D打印機制進行了升級，形成了新的Beta版本。

△Swissloop Tunneling公司由來自技術(shù)和商業(yè)相關(guān)領(lǐng)域不同背景的60多名學(xué)生組成

埃隆·馬斯克舉辦的隧道技術(shù)競賽

早在2020年夏天，Boring公司宣布將舉辦首屆隧道挖掘大賽。這項賽事的重點是建造小型掘進機，能夠挖掘出30米長、直徑50厘米的穩(wěn)定隧道。

首屆比賽于2021年在內(nèi)華達沙漠舉行，共有400多個團隊報名參賽。其中包括瑞士隧道公司（Swissloop Tunneling）在內(nèi)的12支決賽隊伍脫穎而出，將對它們的隧道掘進機進行測試。

馬斯克對掘進技術(shù)的興趣源于他的目標，即創(chuàng)建新的地下交通網(wǎng)絡(luò)。其中一個名為"Hyperloop"的概念提出要建造充滿真空的隧道，車輛在隧道內(nèi)的行駛速度最高可達1000公里/小時。然而，這個項目后來被擱置，Boring公司轉(zhuǎn)而建造了拉斯維加斯環(huán)形隧道。通過這條隧道，特斯拉自動駕駛汽車可以在五個車站之間運送乘客，全程1.7英里。

△2024年The Boring比賽獎杯

3D打印助力隧道挖掘技術(shù)進步  

Swissloop Tunneling認為，高成本和高難度的物流是隧道行業(yè)目前面臨的兩大主要障礙。目前，隧道掘進機和襯砌部件都很重，需要長途運輸?shù)剿淼朗┕がF(xiàn)場。

該團隊的主要目標是使隧道施工比目前的方法更可持續(xù)、更經(jīng)濟、更快捷。該團隊最終希望它們新穎的掘進技術(shù)能夠帶來資金和時間節(jié)省，能夠幫助工程公司滿足復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施要求。

△Groundhog Beta隧道挖掘機

該團隊的Groundhog Beta MTBM重3.5噸，長8.15米，直徑0.606米，掘進速度可達1毫米/秒。該公司表示，雖然該系統(tǒng)目前規(guī)模較小，但可以擴大規(guī)模，以便在未來實施大型隧道工程。

Groundhog Beta的核心功能是在挖掘過程中3D打印隧道壁襯砌。該系統(tǒng)利用光聚合物顆粒熔化、擠出，然后迅速冷卻，形成堅固的15毫米厚管道，用于隧道墻壁的襯砌和固定。這種3D打印聚合物能夠在挖掘過程中承受掘進機的推進力和周圍泥土的壓力。

在Groundhog Alpha的基礎(chǔ)上，3D打印墻襯的設(shè)計提高了可靠性和性能。新系統(tǒng)中安裝了高級加熱元件。此外，還增加了更多的傳感器和主動式空氣冷卻系統(tǒng)，以防止機器的其它子系統(tǒng)過熱。

未來幾年，Swissloop Tunneling公司的目標是擴大其掘進機原型的規(guī)模，并使其基于3D打印技術(shù)的隧道襯砌機制能夠推向市場。該團隊相信，這種新型技術(shù)將成為未來新型掘進技術(shù)的基礎(chǔ)。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院推進建筑3D打印

2021年，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究小組利用3D打印技術(shù)建造了一座混凝土人行天橋，該天橋名為"Striatus"，是與Zaha Hadid Architects建筑事務(wù)所、混凝土3D打印專家Incremental3D和建筑材料公司Holcim合作開發(fā)的。據(jù)該團隊稱，這是有史以來第一座3D打印的非鋼筋混凝土橋梁。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員還結(jié)合了增材制造與鑄造方法，開發(fā)出一種"蛋殼"混凝土3D打印工藝，采用了大規(guī)模機器人熔融沉積建模（FDM）3D打印技術(shù)，并同時澆注一種快速硬化、按需凝固的混凝土。該團隊表示，這種方法能以高效材料的方式生產(chǎn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。