VIDEO ⟩ Ei midagi uut: juba 1930ndatel prinditi maju 3D-printeriga

Ehkki 3D printer 1930ndatest ehitas müüri sujuvalt, tuli sellele ämbritega segu pidevalt ette anda. Foto: kaader videost / Urschel

Majade 3D-printimist peetakse ülimoodsaks tehnoloogiaks, mis alles kogub populaarsust ja jõuab ehitusse. Kuid tegelikult on see juba läbi käidud etapp. 1930ndatel leiutas Valparaisos (USA Indiana osariik) tegutsenud insener William E. Urschel just sellise masina, mis nagu 3D-printerid kiht kihi haaval maja seinu ehitab. Lisaks paigaldas kaval mehhanism betooni sisse ka tugevdustraadi, et see oleks nagu raudbetoon.

1941. aastal esitas Indiana leidur patendi oma «Seinte ehitamise masina» jaoks, mis oli varajane näide 3D-printimise kontseptsioonist.​ 

Urscheli masin kasutas ekstruuderit, mis oli kinnitatud tasakaalustatud poomi otsa. Poom pöörles ümber kesktelje ja selle pikkus määras ehitatava ringikujulise struktuuri raadiuse.

Iga kihi printimise järel pidi masinat siiski käsitsi tõstma, et see saaks järgmise seinaosa välja «pressida». Nimelt suunas prindipea segu kahe ketta vahele, mis tagasid tihendatud ja sileda pinnaga segu väljumise.

Ekstruderi otsas asus ka väike punker, kuhu laaditi (käsitsi) kuivbetoon või mört. 

Kuigi seadet tuli pidevalt käsitsi seguga varustada, võimaldas see palju lihtsamat ehitamist ilma müüriladumise oskusteta või betooni valamise rakisteta.

Akna- ja ukseavad tuli eraldi ette valmistada ning katusealuste jaoks lõigati spetsiaalsete tööriistadega taskud. Lõpptulemusena kaeti hooned krohviga ja lisati detailid.

1941. aastal taotles leiutaja oma masinale patendi. 1940ndatel täiustas Urschel oma disaini veelgi, vähendades masinas rihmade ja rullide arvu, mis olid muutnud varasema mudeli ehitustööliste jaoks liiga ohtlikuks.

Uus masin võimaldas ka poomi kallutada, mis tegi võimalikuks koonilise, iglukujulise või mesilaspesa suguse struktuuri ehitamise. Kuigi kõige ülemised kihid tuli endiselt käsitsi viimistleda, oli masin oma aja kohta muljetavaldavalt ulmeline.

Selline nägi välja 1944. aastal välja andtud patent Urscheli seinaprintimismasinale. Foto: William E. Urschel / USA patendibüroo

Urschel lõi samal ajal ka oma nime all tegutseva ettevõtte, mis on nüüdseks kasvanud suurfirmaks, mis toodab spetsiaalseid toiduainete lõikamiseks või jahvatamiseks mõeldud masinaid ning millel puudub igasugune kokkupuude 3D-printimise ja ehitusega. Kahekümnenda sajandi esimesel poolel taotles leidur patente veel tervele reale toiduainete töötlemisega seotud leiutistele – puu- ja juurviljade koorimise, tükeldamise, kuubikuteks lõikamise ja viilutamise tehnoloogilistele lahendustele.

Kiht-kihilise seinaehitusmasina laiem kasutuselevõtt jäi aga teadmata põhjustel soiku, kuid tänapäeval nimetatakse sellist tehnoloogiat 3D-printimiseks. Arvatakse, et üheks põhjuseks oli siiski liiga suur jändamine masinaga printimisel, mis ei andnud väga suurt ajalist ja rahalist kokkuhoidu võrreldes kogenud müüriladujaga.

Nüüd suudavad 3D-printerid luua terveid elamuid ja keerulisi lossikesi ning ehitavad näiteks tuuleturbiini mastide torne, kuid Urscheli geniaalne mehhanism väärib tunnustust kui 3D-printimise kontseptsiooni esimene praktilist rakendust leidnud lahendus.

Seinaprintimismasin ehk Wall Printing Machine

Urscheli seinaehitusmasin loodi kuiva betoonisegu paigutamiseks uuendusliku protsessi kaudu, mis hõlmas järgmisi olulisi osasid.

Ekstruuderi mehhanism: masinal oli ekstruuder, mis oli paigaldatud vastukaaluga poomile, mis võimaldas sellel ümber keskmasti pöörates luua ringikujulisi struktuure. See disain lubas masinal juhtida betoonikihtide valamist, jäljendades kaasaegse 3D printimise põhimõtteid. Hiljem leiutati ka mehhanismid sirgete ja erikujuliste müüride ladumiseks.

Materjali tihendamine: erinevalt tänapäevastest 3D printimise meetoditest, mis põhinevad spetsiaalsetel kiiresti kivistuvatel lisanditega materjalidel, kasutas Urscheli süsteem tavalist kuivbetooni segu täitematerjalidega. Tema masin sisaldas automaatset survemehhanismi, mis surus segumaterjali pöörlevate ketaste vahele, tagades iga kihi tõhusa tihendamise ja silumise.

Tugevdamise mehhanism: Urscheli disaini oluliseks osaks oli selle konstruktsiooni võime lisada printimise ajal ka horisontaalset ja vertikaalset tugevdust terastraadiga. Tema patendid kirjeldasid sisseehitatud terastraadi tugevduse reaalajas lisamise mehhanisme, mis lahendasid konstruktsiooni terviklikkuse probleeme, millega õõnsad prinditud seinad sageli ka tänapäeval kokku puutuvad.