Kā Transporta un sakaru institūta laboratorijā izdrukāt tiltu?
Aprīļa sākumā projekts ar devīzi PROTOTILTS ieguva veicināšanas godalgu (4. vietu) Rīgas domes metu konkursā “Gājēju un velosipēdistu tilts pāri Zundam un tā integrācija pilsētvidē”. Gadījumā, ja projekts tiktu izvēlēts kā uzvarētājs, tiltu varētu izdrukāt jaunajā Transporta un sakaru institūta (TSI) laboratorijā un atvest uz būvēšanas laukumu vieglās automašīnas bagāžniekā.
PROTOTILTS projektu izstrādāja divi TSI studenti - brāļi Andrejs un Sergejs Kopili, sadarbībā ar arhitektu biroju “Alsins Architecture”. Andrejs studē TSI bakalaura programmu Robotika, bet Sergejs - maģistra programmu Datu analītika un mākslīgais intelekts. Pirms tam abi brāļi ir ieguvuši bakalaura grādus arhitektūrā. Šajā projektā viņi nolēma apvienot visas savas zināšanas un arī TSI jaunās, Baltijas mērogā unikālās laboratorijas iespējas.
Andrejs un Sergejs bija nolēmuši piedalīties Rīgas domes konkursā un izstrādāt metu jauna gājēju un velobraucēju tilta un to savienojumu izveidei starp Pārdaugavu un Ķīpsalu. Tilts pāri Zunda kanālam palīdzes realizēt vīziju par augstskolu savienošanu “zināšanu jūdzē” Daugavas kreisajā krastā. TSI studenti vērsās ar piedāvājumu sadarboties šajā projektā pie Harija Alsiņa, SIA “Alsins Architecture Latvija” direktora, kurš brāļu arhitektūras studiju laikos bija viņu pasniedzējs. Harijs atceras: “Mēs tikāmies ar brāļiem Kopiliem, kad viņi bija tikai sākuši studēt arhitektūru, un jau toreiz no viņu puses bija jūtama liela aktivitāte un entuziasms pret visu. Šobrīd viņi studē jaunas tehnoloģijas, un jebkurš projekts vislabāk top kādās starpdisciplinārās sadarbības rezultātā. Bija tikai loģiski, ka mēs likām spēkus kopā”.
“Alsins Architecture” vadītājs turpina: “Kad mēs ar brāļiem sākām sarunas, ļoti ātri tapa skaidrs, ka tieši šāda veida gājēju tilts, ar relatīvi ierobežotu izmēru un ierobežotām slodzēm, varētu būt ideālais pielietojums TSI eksperimentālām 3D metāla drukātajām konstrukcijām”. Andrejs Kopils piebilst, ka studentiem, šis konkursa uzdevums šķita ideāls, lai kombinētu arhitektūru un 3D drukāšanu: “Mēs domājam, ka tas ir tikai sākums, kad mācāmies kombinēt arhitektūru un jaunās tehnoloģijas, lai izveidotu jaunu arhitektūras valodu. Cerams, ne tikai tiltu būvēšanai”. Sergejs atzīmē, ka mērķis šajā projektā bija pēc iespējas optimizēt resursus, ko komanda arī sasniedza.
Gudras tehnoloģijas Rīgas labā
Konkursa mērķis bija atrast dizainu tiltam, kas domāts gājējiem un riteņbraucējiem, kā arī apkārtējās vides labiekārtojumam. Komanda izstrādāja PROTOTILTS projektu, kurā tika ņemts vērā, ka tiltam jābūt funkcionālām, jānodrošina nepieciešamie savienojumu gājējiem un riteņbraucējiem. Padomāts arī par to, ka apkārtējai videi ir jābūt labiekārtotai, ar dažādām mazajām arhitektūras formām - soliņiem, apgaismojumu. “Mēs paredzējām arī makšķerniekiem zivju tīrīšanas galdu un laivotājiem pa kanālu kajaku stendu. Taču vēlējāmies tam visam piešķirt pievienoto vērtību, kas šai gadījumā bija mūsu dizains”, stāsta Harijs Alsiņš, “Objekts atrodas pa vidu starp divām universitātēm, un mēs ar 3D drukāto tiltu mēģinām demonstrēt gudro tehnoloģiju klātesamību Rīgā, un universitāšu teritorijā jo īpaši. Tas atspoguļojas tilta vizuālajā tēlā: skulpturālajos 3D drukātajos metāla atbalstos un arī ļoti plānajā tilta virsmā, kur bija paredzēts lietot citu relatīvi jaunu būvmateriālu - īpaši augstas izturības betonu. Tilta virsma bija paredzēta aptuveni 5 cm plāna. Kopumā mēģinājām ar šo projektu izaicināt tradīcijas tehniskā ziņā visos iespējamos aspektos”. Visu elementu ansambli - tilta balstus, soliņus, zivju tīrāmo galdu utt. - bija paredzēts veidot no 3D drukātā tērauda.
Iespēja 3D drukāšanas eksperimentiem jaunajā TSI laboratorijā
Arhitektūras birojs uzņēmās konkursa prezentācijas materiālu sagatavošanu un 3D modeļu apvienošanu vienā, lai varētu uztaisīt vizualizācijas. TSI studenti, savukārt, devās eksperimentēt uz TSI Aditīvo ražošanas, pētniecības un risinājumu laboratoriju (AdditiveLab) – vienīgo laboratoriju Latvijas un Baltijas valstu mērogā, kas piedāvā pētniecību un izstrādi metāla stiepļu aditīvās ražošanas (SAR jeb angļu val. WAM) jomā. Tur Andrejs un Sergejs, ar laboratorijas vadītāja Arsēnija Kisareva atbalstu, ķeras klāt digitālu un fizisku tilta modeļu izstrādei.
Eksperimentējot, brāļi veidoja tilta balstu paraugus, kā arī tilta maketu, izmantojot divas atšķirīgas tehnoloģijas - loku drukāšanu un lāzera drukāšanu. Pirmā precīzāk saucās stiepļu loka aditīvā ražošana (SLAR; angļu val. – Wire Arc Additive Manufacturing jeb WAAM), un izmantojot šo procesu var drukāt gan tērauda, gan alumīnija izstrādājumus. Otrā tehnoloģija ir lāzera 3D drukāšana (Wire Laser Additive Manufacturing jeb WLAM), kas ir specializēta tēraudam. Puiši skaidro, ka ar lāzerprocesu palīdzību var dabūt sarežģītu ģeometriju ar ļoti labu kvalitāti tērauda materiāliem.
Projekts atspoguļo inovatīvās dizaina metodes un būvniecības metodes, kā arī inovatīvās elementu ražošanas metodes. Tilta balstu formas nav vienkāršas un klasiskās, tās ir organiskās un optimizētās. Brāļi izdrukāja konstrukcijas nesošo elementu maketu 1:2 mērogā, lai atspoguļotu, ka tā ražošana potenciāli ir realizējamā. Papildus tika izdrukāti trīs paraugi no dažādiem tērauda tipiem, lai demonstrētu, ka ir iespējams izmantot elementus no dažādiem materiāliem. Andrejs saka, ka izdrukātie izstrādājumi tika nosūtīti Rīgas domei kopā ar citiem konkursa materiāliem. Ja projekts uzvarētu, tilta balstus pilnā apjomā varētu izdrukāt tajā pašā TSI AdditiveLab.
Tilts bagāžniekā
Tas, ka visas tilta konstrukcijas sākumā tiek modelētas digitāli, nozīmē, ka viņām ir iespējams iestrādāt arī dažādus savienojumus. Sergejs Kopils uzsver, ka tas, ka viss ir veidots modulāri, ir viena no galvenajām inovatīvās tehnoloģijas priekšrocībām. “Apspriedām, ka tilta sastāvdaļas varētu transportēt uz būvlaukumu pat vieglas automašīnas bagāžniekā. Tas tiek drukātas automātiski, cilvēka klātbūtne nav nepieciešama, jo viss notiek ar datora uzraudzību. Tad jūs vienkārši saliekat to konstrukciju gabals pa gabalam uz vietas. Tas var samazināt gan izmaksas, gan būvniecības laiku”, tā Sergejs.
“Alsins Architecture” vadītājs skaidro, ka, pirmkārt, tilta sastāvdaļas lielā mērā ir iespējams izgatavot laboratorijā vai cehā, nevis būvlaukumā. Tas nozīmē, ka viņu montāža aizņem mazāk laika, un var ietaupīt uz būvlaukuma uzturēšanas izmaksām. Otrkārt, var ietaupīt arī materiālus. “Jau datora modelēšanas stadijā, pirms materiālu drukas, tiek aprēķinātas slodzes uz katru tilta balstu. Un balsta forma tiek optimizēta precīzi tiem slodzes ceļiem, pa kuriem slodze izlīdzināsies pa balstu. Lietojot tradicionālu formu būvniecību neizbēgami kāda daļa būvmateriālu tiek izlietota lieki. Piemēram, pārseguma sija parasti ir taisnstūra formas, lai arī īstenībā slodžu spēki pa viņu neiet pilnā šķērsgriezumā. Šajā gadījumā fiziskais materiāls tiek jau drukāts precīzi atbilstoši tam, kā spēki pārvietojas balstā, un tiek iztērēts mazāk”, saka arhitekts. Rezultātā rodas jauna dizaina valoda, kas ir arī materiālu patēriņa un strukturālā ziņā efektīva.
Ar cerību par nākotnes projektiem
PROTOTILTS projekta autori apzinās, ka iespējams, projekts netika virzīts tālāk, jo piedāvātas tehnoloģijas ir ļoti jaunas un eksperimentālās. “Ceram, ka tuvā nākotnē mums gadīsies ceļā īstais projekts, kur arī pasūtītājs būs gatavs uzņemties nelielu risku, lai sasniegtu labu un interesantu rezultātu”, saka Harijs Alsiņš. Tikmēr gan Harija kolēģi, gan Andrejs un Sergejs Kopili ir gandarīti par sasniegtiem rezultātiem, iegūto pieredzi un sadarbību ar TSI. Studenti ļoti atzinīgi vērtē TSI komandas, it īpaši AdditiveLab vadītāja Arsēnija Kisareva un Inženierzinātņu fakultātes dekāna, profesora Emmanuel Merchan atbalstu un cer uz nākotnes sadarbību jaunajos projektos. “Tas ir izcili, ka mums bija iespēja reizē nodarboties ar dizainu un paralēli taisīt maketus, drukāt, testēt jaunāstehnoloģijas. Mēs ļoti augsti novērtējām sadarbību ar TSI”, saka Harijs Alsiņš.
