25/11/2022
021 ноября Центр передовых структур и композитов Университета штата Мэн (ASCC) представил BioHome3D, первый 3D-печатный дом, полностью изготовленный из материалов на биологической основе. BioHome3D был разработан при финансировании программы Hub and Spoke Министерства энергетики США между UMaine и Национальной лабораторией Оук-Ридж. Партнерами были Maine Housing и Технологический институт штата Мэн.
Прототип площадью 600 квадратных футов (56 м2) имеет 3D-печатные полы, стены и крышу из древесных волокон и биосмол. Дом полностью пригоден для вторичной переработки и высокой изоляции со 100% деревянной изоляцией и настраиваемыми R-значениями. Строительные отходы были почти устранены благодаря точности процесса печати.
«Наш штат сталкивается с идеальным штормом жилищного кризиса и нехватки рабочей силы, но Университет штата Мэн снова активизируется, чтобы показать, что мы можем решить эти серьезные проблемы с помощью изобретательности торговой марки штата Мэн», – сказала губернатор Джанет Миллс. «Благодаря своему инновационному BioHome3D Центр передовых структур и композитов UMaine творчески думает о том, как мы можем решить проблему нехватки жилья, укрепить нашу лесную промышленность и предоставить людям безопасное место для жизни, чтобы они могли внести свой вклад в нашу экономику. Несмотря на то, что еще многое предстоит сделать, сегодняшнее развитие является позитивным шагом вперед, который я с гордостью поддерживаю через мой План занятости и восстановления штата Мэн и мой бюджет. Я передаю свои поздравления и благодарность Университету штата Мэн и его партнерам, и я с нетерпением жду продолжения решения этих проблем с помощью инновационных решений».
США и Мэн, в частности, испытывают кризисную нехватку доступного жилья. Национальная жилищная коалиция с низким доходом сообщает, что на национальном уровне существует потребность в более чем 7 миллионах единиц доступного жилья. Только в штате Мэн дефицит составляет 20 000 единиц жилья и растет с каждым годом, по данным Коалиции доступного жилья штата Мэн. Почти 60% арендаторов с низким доходом в штате Мэн тратят более половины своего дохода на жилье. Эта невыносимая ситуация усугубляется двойной проблемой нехватки рабочей силы и роста цен на материалы, обусловленного цепочкой поставок.
Помимо Миллса, в мероприятии по открытию участвовали сенатор США Сьюзан Коллинз; Джефф Маротян, старший советник по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США; Ребекка Исаковиц, исполняющая обязанности начальника штаба Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии в Министерстве энергетики США; Стив Макнайт, исполняющий обязанности директора передового производственного офиса Министерства энергетики США; и Синь Сунь, заместитель директора лаборатории по энергетическим наукам и технологиям Национальной лаборатории Оук-Ридж. Лидеры посетили ASCC, выступили с замечаниями и приняли участие в церемонии перерезания ленточки. Также присутствовали законодатели, защитники жилья и застройщики, а также учащиеся средних школ и университетов штата Мэн.
«С сегодняшним производством первого в мире 3D-печатного дома, изготовленного из переработанных лесных продуктов, Университет штата Мэн продолжает демонстрировать свое глобальное лидерство в области инноваций и научных исследований», – сказал сенатор Коллинз. «Это замечательное достижение стало возможным благодаря упорству и опыту доктора Хабиба Дагера, его команды и студентов в Центре передовых структур и композитов UMaine. Я воздаю им должное за то, что они открыли эту новую рыночную возможность для лесной промышленности штата Мэн, которая могла бы помочь смягчить нехватку жилья в нашей стране. Их новаторская работа заложит основу для будущего доступного жилья и поможет создать новые рабочие места по всему нашему штату».
Технология предназначена для решения проблем нехватки рабочей силы и цепочек поставок, которые приводят к высоким затратам и ограничивают предложение доступного жилья. Меньше времени требуется на строительство и оснащение дома на месте из-за использования автоматизированного производства и производства за пределами площадки. Печать с использованием обильного, возобновляемого, местного сырья из древесного волокна снижает зависимость от ограниченной цепочки поставок. Эти материалы поддерживают оживление местной лесной промышленности и более устойчивы к глобальным сбоям в цепочке поставок и нехватке рабочей силы.
Используя передовые производственные процессы и материалы, разработанные в UMaine, будущие дома с низким доходом могут быть настроены в соответствии с пространством домовладельца, энергоэффективностью и эстетическими предпочтениями. Важно отметить, что по мере расширения технологии производства и производства материалов покупатели жилья могут ожидать более быстрых графиков доставки.
«Мы находим решения здесь, в ASCC, насущных проблем, с которыми сталкивается наш мир и с которыми сталкивается штат Мэн, посредством исследований в области трансформационных оффшорных ветровых технологий, решений следующего поколения для транспортной инфраструктуры, передовых лесных продуктов и крупномасштабной 3D-печати и, конечно же, доступного жилья», – сказала президент UMaine Джоан Феррини-. «Работа, которая ведется в этой лаборатории, абсолютно иллюстрирует работу учреждения по предоставлению земли — учреждения, которое было создано для того, чтобы помочь решить проблемы и способствовать экономическому развитию штата Мэн в партнерстве с народом штата Мэн. Я не могу быть более гордым, чтобы указать на эту лабораторию и на то, как именно это происходит прямо здесь».
Прототип в настоящее время размещен на фундаменте за пределами ASCC, оснащен датчиками для теплового, экологического и структурного мониторинга, чтобы проверить, как BioHome3D работает зимой в штате Мэн. Исследователи рассчитывают использовать собранные данные для улучшения будущих проектов.
BioHome3D был напечатан в четырех модулях, затем перемещен на площадку и собран за полдня. Электричество работало в течение двух часов, и на месте требовался только один электрик.
«Многие технологии разрабатываются для 3D-печати домов, но, в отличие от BioHome3D, большинство из них печатаются с использованием бетона. Однако только бетонные стены печатаются поверх условно литого бетонного фундамента. Традиционный деревянный каркас или деревянные фермы используются для завершения крыши», – сказал Дагер, исполнительный директор ASCC. «В отличие от существующих технологий, был напечатан весь BioHome3D, включая полы, стены и крышу. Используемые биоматериалы на 100% пригодны для вторичной переработки, поэтому наши правнуки могут полностью перерабатывать BioHome3D».
«Именно такого рода государственно-частное сотрудничество, поддерживаемое Управлением передовых материалов и производственных технологий Министерства энергетики США, поможет стимулировать инновации в нашем производственном секторе. Эти партнерские отношения между промышленностью, научными кругами, правительством и нашими национальными лабораториями привели к появлению критически важных новых технологий, которые сокращают выбросы, повышают эффективность и делают наше производство сильнее, более устойчивым и более устойчивым», – сказал Маротян, также кандидат на должность помощника секретаря Министерства энергетики.
По данным Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде, на здания приходится почти 40% глобальных выбросов углерода. Устойчиво выращенное древесное волокно является возобновляемым ресурсом, который улавливает углерод во время цикла роста деревьев. BioHome3D можно рассматривать как блок хранения и связывания углерода в течение всего срока его службы и после его переработки.
Этот проект является продуктом прочных партнерских отношений в сообществе UMaine и за его пределами. Финансируемая Министерством энергетики программа Hub and Spokeмежду UMaine иНациональной лабораторией Оук-Риджвозглавляет исследования и разработку устойчивых, экономически эффективных альтернатив сырья для 3D-печати на биологической основе, таких как материал, используемый для BioHome3D. Программа Hub and Spoke являетсяпрямым результатом запроса, инициированного в 2016 году сенаторами Коллинзом и Ангусом Кингом для команды по оценке экономического развития Министерства торговли США, чтобы помочь штату Мэн укрепить лесную экономику и создать рабочие места и возможности в сельских районах штата после закрытия нескольких крупных бумажных фабрик.
Производственный демонстрационный центр Национальной лаборатории Оук-Ридж, лидер в области передового производства, и UMaine, где находятся ASCC, Научно-исследовательский институт лесных биопродуктов и Школа лесных ресурсов, являются естественными партнерами в области крупномасштабной 3D-печати на биологической основе. Технологический институт штата Мэн поддержал разработку прототипа, а Maine Housing был ключевым партнером в разработке и пересмотре спецификаций для дома в соответствии со стандартами жилья для малоимущих.
«Эта программа демонстрирует силу научного сотрудничества для удовлетворения критических национальных потребностей, – сказал Сун. – Объединив возможности и объекты ORNL с опытом UMaine и стремлением к инновациям, мы вместе достигли значительной вехи в развитии устойчивых материалов и производственных технологий и декарбонизации сектора зданий».
Эти усилия стали возможными благодаря достижениям в крупномасштабном аддитивном производстве в сочетании с инновациями в области химических веществ на биологической основе, которые возникли в результате этих партнерских отношений.
«Этот проект дает нам реальную возможность достичь того, что ускользало от нас до сих пор, а именно скорости производства, иметь возможность массово производить жилье очень быстрым способом. … Идея о том, что мы можем создавать жилые единицы за долю времени с долей рабочей силы — это эффективность, которую мы никогда не испытывали раньше. Это растянет наши драгоценные государственные и федеральные ресурсы в геометрической прогрессии и, самое главное, обеспечит — быстро — тех, кто больше всего нуждается в нашем штате», — сказал Дэниел Бреннан, директор Maine Housing.
Успешная печать BioHome3D основана на продемонстрированном ASCC превосходстве в передовом производстве, проектировании и моделировании. Прототип был напечатан на крупнейшем в мире полимерном 3D-принтере, который в 2019 году выпустил крупнейшую в мире 3D-печатную лодку.
ASCC сможет масштабировать свои передовые производственные исследования в жилищном строительстве с открытием исследовательской фабрики будущего green Engineering and Materials (GEM). После завершения GEM будет служить центром для крупномасштабного цифрового гибридного производства с поддержкой ИИ. «Фабрика будущего» будет стимулировать инновационное восстановление экономики в штате Мэн, с бухтами, предназначенными для расширения производства жилья, таких как BioHome3D, а также судостроение, важная отрасль штата Мэн.
Ключевым аспектом объекта GEM является подготовка рабочей силы будущего с помощью захватывающих образовательных возможностей мирового класса на стыке инженерии и вычислительной техники. GEM лежит в основе плана университета по созданию нового Колледжа инженерии, вычислительной техники и информатики штата Мэн (MCECIS), который объединяет инженерное и вычислительное образование и исследования. Новый центр GEM будет предназначен для инженерии и вычислительной техники, сопоставимой с учебной больницей в медицинской области, где студенты инженерных, вычислительных и информационных наук учатся, работая в лаборатории рядом с преподавателями и сотрудниками мирового класса. Эти усилия поддерживаются Фондом Гарольда Альфонда и UMS TRANSFORMS с целью удвоить выпуск инженеров, специалистов по вычислительной технике и информации для удовлетворения потребностей штата в рабочей силе».
«Рабочая сила и экономическое развитие являются важными компонентами исследований мирового класса ASCC», – говорит канцлер Университета штата Мэн Дэннел Маллой. «Наши федеральные и государственные политики знают, что инвестиции в исследовательский университет штата Мэн — это инвестиции в будущее штата. Мы ценим общее видение и возможность продолжать демонстрировать продемонстрированную отдачу от инвестиций с помощью таких инициатив, как BioHome3D, и студенты, получающие практическое обучение сегодня, чтобы продолжить работу завтра».
Уже сейчас для GEM было обеспечено 25 миллионов долларов прямых инвестиций, в том числе 15 миллионов долларов через План занятости и восстановления штата Мэн – предложение, выдвинутое губернатором Миллсом и поддержанное законодательным органом штата Мэн, об инвестировании доли штата в федеральных фондах помощи Американскому плану спасения – и 10 миллионов долларов в федеральном бюджете FY22 благодаря финансированию, запрошенному сенаторами Коллинзом и Кингом. Почти 40 миллионов долларов в других федеральных фондах, отстаиваемых сенаторами Коллинзом и Кингом, ожидают проекта.
Центр перспективных конструкций и композитов является ведущим в мире междисциплинарным центром исследований, образования и экономического развития, охватывающим материаловедение, передовое производство и проектирование композитов и конструкций. Расположенный на объекте площадью 100 000 квадратных футов, аккредитованном ISO-17025, центр был признан на национальном и международном уровнях за передовые исследовательские программы, ведущие и влияющие на новые отрасли, включая морскую ветровую и морскую энергетику, гражданскую инфраструктуру, композиты на биологической основе, крупномасштабную 3D-печать, системы защиты солдат и инновационные приложения, связанные с обороной.
