Okyanusların yüzeyinin altında, kara parçalarını birbirine bağlayan kara yolu ve demir yolu tünellerinden petrol ve gaz boru hatlarına, adalar ile ülkeleri birleştiren enerji kablolarından sualtı araştırma istasyonlarına ve batık barajlara kadar pek çok kritik altyapı yer alıyor. Bu yapıların tamamı suyun zorlu şartları altında büyük emeklerle inşa ediliyor, korunuyor. Mühendisler, suyun sert çevresel koşullarıyla mücadele ederken, proje konumlarına erişim sağlamanın yollarını arıyor ve sualtındaki korozyon ile basınca dayanması gereken malzemelerin kısıtlamalarıyla başa çıkmaya çalışıyor.
ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), deniz inşaatları konusunda daha kolay bir yol olup olmadığını merak ediyor: Söz konusu projeleri doğrudan dalgaların altında 3D baskı yöntemiyle üretebilir miyiz?
Bu nedenle 2024 yılında, sualtında çalışabilecek üç boyutlu beton baskı (3DCP) yöntemi ile buna uygun bir malzeme varyasyonu geliştirilmesi için bir yarışma programı başlatıldı. Ayrıca, malzemenin deniz tabanı tortusunu içermesi şartı getirildi. Böylece, inşaat yapılacak açık deniz konumlarına her defasında büyük miktarlarda hammadde taşıma zorunluluğu azaltılmış oldu.
Cornell Üniversitesi David A. Duffield College of Engineering’den araştırmacılar, bu programa katılarak, diğer beş ekiple birlikte çözüm geliştirmeye başladı. İnşaat ve çevre mühendisliği profesörü Sriramya Nair liderliğindeki Cornell ekibi, 2.722 kg (6.000 libre) ağırlığındaki bir robotik sistem kullanarak büyük ölçekli beton yapılar basmak üzere çalışmalarını genişletti ve iki aşamalı bir 3DCP yöntemi geliştirdi.
İki aşamalı sistem, sualtı inşaatındaki en büyük zorluklardan birinin üstesinden geliyor: Bırakılan çimento parçacıkları birbirine sıkıca bağlanamadığında malzemenin zayıflamasını engellemek. Söz konusu sorun genellikle katkı maddesi kimyasallarıyla çözülmeye çalışılıyor ancak bu maddeler karışımın viskozitesini, 3D yazıcının pompalayamayacağı seviyeye kadar artırıyor.
Ekibin geliştirdiği çözüm, katkı maddesini doğrudan püskürtme ucuna (nozul) enjekte etmeyi içeriyor. Teknik, beton malzemenin sorunsuz bir şekilde pompalanmasına ve bırakıldığı anda hızla katılaşmasına imkan tanıyor. Katkı maddesi temel karışıma dahil edilmek yerine iki aşamalı süreçle eklendiğinden sıcaklık dalgalanmaları, baskı hızı değişimleri ve katman biriktirme oranlarındaki farklılıklar telafi edilebiliyor. Ekip, geçtiğimiz Kasım ayında Cement and Concrete Composites dergisinde yayımlanan makalesinde, yöntem sayesinde hassas ve verimli bir inşaat sürecinin sağlandığını kaydetti.
Proje lideri Nair, ulaşılan noktayı şu sözlerle ifade etti: “Sürekli suya maruz kalmayı hesaba katan ayarlamalar yaparak, karışımımızla aslında su altında 3D baskı yapabileceğimizi gördük.”
Geçtiğimiz Mayıs ayında araştırmaları için 1,4 milyon dolarlık bir hibe alan ekip, Cornell laboratuvarındaki büyük su tanklarında çok sayıda test baskısı gerçekleştirdi. Araştırmacılar; her bir beton kemerin gücünü, şeklini ve dokusunu bu tanklarda titizlikle inceliyor.
Bu izlemeyi açık denizde de gerçekleştirebilmek için araştırmacılar robot koluna monte edilmiş sensörlü bir kontrol kutusu tasarladı. Deniz tabanındaki ince tortuların suyu bulandırabildiği ve görüşü zorlaştırdığı ortamlarda sensörler baskı kalitesini, yani katmanların nasıl yerleştiğini kontrol ediyor. Bu mekanizma, baskı kurulumunda gerçek zamanlı düzeltmeler yapılmasına olanak tanıyor.
3DCP yarışmasındaki rakip ekipler, önümüzdeki ay sualtında bir kemer basarak en iyi sonucu almak için karşı karşıya gelecek. Cornell ekibi, ödülü almak için tüm yeniliklerini bir araya getirerek zamana karşı yarışıyor. Mart ayında sonuçların açıklanması bekleniyor.
Kaynak: https://newatlas.com/3d-printing/underwater-3d-printing-maritime-construction-darpa-cornell/
