D-Shape — это большой трехмерный принтер, в котором используется метод струйной печати, процесс послойной печати, для связывания песка с помощью неорганической морской воды и связующего на основе магния для создания камнеподобных объектов. . В первой модели принтера D-Shape, изобретенной Энрико Дини, основателем Monolite UK Ltd, в качестве связующего использовалась эпоксидная смола, обычно используемая в качестве клея при изготовлении лыж, автомобилей и самолетов. Дини запатентовал эту модель в 2006 году. Испытав проблемы с эпоксидной смолой, Дини сменил связующее вещество на нынешнее связующее на основе магния и снова запатентовал принтер в сентябре 2008 года. В будущем Дини планирует использовать принтер для создания полномасштабных зданий. .
Текущая версия 3D-принтера D-Shape расположена в алюминиевой раме размером 6 на 6 м. Рама состоит из квадратного основания, которое перемещается вверх по четырем вертикальным балкам во время процесса печати с помощью шаговых двигателей, которые используются для многократного перемещения на заданную длину, а затем удерживаются на месте на каждой балке. Все 6 метров основания по горизонтали занимает печатающая головка с 300 соплами, каждое из которых расположено на расстоянии 20 мм друг от друга. Головка принтера соединена с основанием алюминиевой балкой, которая проходит перпендикулярно головке принтера.
Прежде чем начать фактический процесс печати, необходимо создать 3D-модель объекта, подлежащего печати, в САПР — программном обеспечении, которое позволяет дизайнеру создавать 3D-модели на компьютере. После завершения модели файл САПР отправляется на головку принтера. Процесс печати начинается с того, что слой песка толщиной от 5 до 10 мм, смешанный с твердым оксидом магния (MgO), равномерно распределяется головкой принтера в области, ограниченной рамкой. Головка принтера разбивает трехмерную модель на двухмерные фрагменты. Затем, начиная с нижнего среза, головка перемещается по основанию и наносит неорганическую связующую жидкость, состоящую из раствора, содержащего хлорид магния, с разрешением 25 DPI (1,0 мм). Связующее вещество и песок химически реагируют с образованием материала песчаника. Для полного затвердевания материала требуется около 24 часов. По составу материал напоминает цемент Сорель.
Поскольку сопла расположены на расстоянии 20 мм друг от друга, могут возникнуть зазоры, которые, возможно, придется заполнить. Чтобы заполнить эти зазоры и обеспечить равномерное воздействие песка на связующее, электрический поршень на балке, удерживающей головку принтера, заставляет головку принтера смещаться в направлении, перпендикулярном направлению движения принтера. Для завершения печати слоя D-Shape требуется четыре движения вперед и назад. После завершения слоя шаговые двигатели на вертикальных балках перемещают основание вверх. Из полого каркаса прямо над головкой принтера новый песок, который циклически пополняется, распределяется по области каркаса для создания следующего слоя. Во время печати излишки песка служат опорой для затвердевающего песка и могут быть повторно использованы в последующих печатных работах. Процесс печати непрерывный и останавливается только тогда, когда нужная структура полностью напечатана.
После того, как принтер завершит свою работу, окончательную конструкцию необходимо выдавить из песка. Рабочие лопатами вынимают лишний песок и раскрывают конечный продукт. Оксид магния, смешанный с песком, приводит к тому, что песок становится активным участником, а не инертным во время реакции со связующим. Если бы песок был инертным, полученный материал был бы больше похож на бетон, поскольку песок был бы лишь слегка связан друг с другом, но из-за MgO конечный продукт представляет собой минералоподобный материал с микрокристаллической структурой. По сравнению с бетоном, который имеет низкую устойчивость к растяжению и, как следствие, требует железной арматуры, конструкции D-Shape обладают относительно высокой устойчивостью к растяжению и не требуют железной арматуры. Сообщается, что весь процесс строительства занимает четверть времени и от трети до половины затрат, которые потребовались бы для строительства той же конструкции традиционными способами с использованием портландцемента, материала, который в настоящее время используется в строительстве зданий.
Осенью 2012 года компания D-Shape приняла участие в конкурсе на строительство набережной Нью-Йорка, организованном Корпорацией экономического развития Нью-Йорка (NYCEDC), в котором участники должны были создать инновационное решение, которое помогло бы укрепить разрушающиеся пирсы и береговые сооружения Нью-Йорка. Идея D-Shape под названием «Цифровой бетон» заключалась в том, чтобы сделать 3D-сканирование каждого элемента пирса или инфраструктуры, а затем напечатать опорный кожух для каждого конкретного элемента. Компания D-Shape заняла первое место и получила 50 000 долларов за эту идею, что, по оценкам, сэкономит Нью-Йорку 2,9 миллиарда долларов.
D-Shape успешно создала самую высокую печатную скульптуру, Радиолярию, в 2009 году. Радиолярия, скульптура, созданная итальянским архитектором Андреа Морганте и вдохновленная радиоляриями, одноклеточными организмами со сложным минеральным скелетом, демонстрирует способность D-Shape печатать большие структуры произвольной формы. Текущая версия скульптуры представляет собой всего лишь модель полноразмерной радиолярии размером 3 х 3 х 3 м, которую планируется разместить на кольцевой развязке в Понтедере, Италия.
В настоящее время Джейк Уэйк-Уокер и Марк Уэбб работают над документальным фильмом под названием Человек, который печатает дома об Энрико Дини и его изобретении. Хотя D-Shape привлекла внимание своими способностями к печати, работа над ним все еще находится в стадии разработки. Несмотря на то, что принтер уже приблизился к печати настоящего дома, напечатав трулло, небольшую каменную хижину, принтер все еще нуждается в модификации, чтобы воплотить в жизнь мечты Дини о печати более крупных и сложных зданий.
Благодаря возможностям D-Shape Европейское космическое агентство (ЕКА) заинтересовалось использованием принтера для строительства лунных баз. ЕКА заинтересовано в использовании D-Shape для строительства лунных баз из лунного реголита, также известного как лунная пыль, поскольку 3D-принтер может построить базу на месте без вмешательства человека. Это выгодно, поскольку на Луну придется доставлять только машину, что снижает затраты на доставку строительных материалов на лунную поверхность для создания баз. D-Shape успешно печатает компоненты для лунных баз с помощью имитации лунной пыли, а также прошла испытания, целью которых было увидеть, как принтер будет работать в условиях Луны.
