由3D打印驅(qū)動(dòng)的隧道挖掘機(jī)贏得2024年NOT-A-BORING競(jìng)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(tuán)隊(duì)Swissloop Tunneling宣稱，通過(guò)增材制造開(kāi)發(fā)的隧道挖掘機(jī)贏得了2024年Not-a-Boring競(jìng)賽冠軍。該競(jìng)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(tuán)隊(duì)與Groundhog Beta隧道挖掘機(jī)

在本屆比賽中，它們的微型隧道掘進(jìn)機(jī) (MTBM) 名為“Groundhog Beta”，能夠在挖掘過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行3D打印以支撐隧道壁。在之前的比賽中，Swissloop Tunneling曾獲得過(guò)總成績(jī)第二名，同時(shí)，在2021年和2023年榮獲了比賽的創(chuàng)新與設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。該團(tuán)隊(duì)最初的鉆孔系統(tǒng)名為Groundhog Alpha，現(xiàn)已對(duì)其侵蝕系統(tǒng)和3D打印機(jī)制進(jìn)行了升級(jí)，形成了新的Beta版本。

△Swissloop Tunneling公司由來(lái)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(jìng)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(xiàng)賽事的重點(diǎn)是建造小型掘進(jìn)機(jī)，能夠挖掘出30米長(zhǎng)、直徑50厘米的穩(wěn)定隧道。

首屆比賽于2021年在內(nèi)華達(dá)沙漠舉行，共有400多個(gè)團(tuán)隊(duì)報(bào)名參賽。其中包括瑞士隧道公司（Swissloop Tunneling）在內(nèi)的12支決賽隊(duì)伍脫穎而出，將對(duì)它們的隧道掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。

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

△2024年The Boring比賽獎(jiǎng)杯

3D打印助力隧道挖掘技術(shù)進(jìn)步  

Swissloop Tunneling認(rèn)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(jìn)機(jī)和襯砌部件都很重，需要長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)剿淼朗┕がF(xiàn)場(chǎng)。

該團(tuán)隊(duì)的主要目標(biāo)是使隧道施工比目前的方法更可持續(xù)、更經(jīng)濟(jì)、更快捷。該團(tuán)隊(duì)最終希望它們新穎的掘進(jìn)技術(shù)能夠帶來(lái)資金和時(shí)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(jī)

該團(tuán)隊(duì)的Groundhog Beta MTBM重3.5噸，長(zhǎng)8.15米，直徑0.606米，掘進(jìn)速度可達(dá)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(kuò)大規(guī)模，以便在未來(lái)實(shí)施大型隧道工程。

Groundhog Beta的核心功能是在挖掘過(guò)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(jiān)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(guò)程中承受掘進(jìn)機(jī)的推進(jìn)力和周?chē)�泥土的壓力�?br />
在Groundhog Alpha的基礎(chǔ)上，3D打印墻襯的設(shè)計(jì)提高了可靠性和性能。新系統(tǒng)中安裝了高級(jí)加熱元件。此外，還增加了更多的傳感器和主動(dòng)式空氣冷卻系統(tǒng)，以防止機(jī)器的其它子系統(tǒng)過(guò)熱。

未來(lái)幾年，Swissloop Tunneling公司的目標(biāo)是擴(kuò)大其掘進(jìn)機(jī)原型的規(guī)模，并使其基于3D打印技術(shù)的隧道襯砌機(jī)制能夠推向市場(chǎng)。該團(tuán)隊(duì)相信，這種新型技術(shù)將成為未來(lái)新型掘進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院推進(jìn)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(kāi)發(fā)的。據(jù)該團(tuán)隊(duì)稱，這是有史以來(lái)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(kāi)發(fā)出一種"蛋殼"混凝土3D打印工藝，采用了大規(guī)模機(jī)器人熔融沉積建模（FDM）3D打印技術(shù)，并同時(shí)澆注一種快速硬化、按需凝固的混凝土。該團(tuán)隊(duì)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)。