Инженеры Массачусетского технологического института ремонтируют мосты, печатая сталью с помощью 3D-принтера прямо на корродированных балках

Потенциал аддитивных технологий для решения проблемы износа инфраструктуры был убедительно подтвержден в ходе уникального эксперимента. Команда ученых из MIT и UMass Amherst впервые в истории применила 3D-печать для ремонта стального моста, находящегося в активной эксплуатации. Проект, реализованный в июне 2025 года в Грейт-Баррингтоне (Массачусетс), доказал, что этот инновационный метод способен предложить более быстрое, бюджетное и долгосрочное решение по сравнению с традиционными способами восстановления.

Новаторский метод, известный как холодное напыление (cold spray), позволяет наносить новые слои стали непосредственно на корродированные или поврежденные балки прямо на месте, без необходимости полной замены конструктивных элементов. Технология использует сжатый газ, например, гелий или азот, для нагрева и ускорения частиц стального порошка до сверхзвуковых скоростей. Сталкиваясь с поверхностью, эти частицы создают прочное металлургическое соединение, слой за слоем восстанавливая утраченную толщину и прочность балки.

В Соединенных Штатах существует острая потребность в подобных инновациях. Данные отчета Американского общества гражданских инженеров (ASCE) за 2025 год свидетельствуют о серьезных проблемах с мостовой инфраструктурой: из более чем 623 тысяч мостов в стране почти половина имеет лишь «удовлетворительный» статус, а 42 400 из них (6,8%) классифицируются как «плохие». По оценкам экспертов, на их восстановление необходимо потратить огромную сумму — 191 миллиард долларов.

Первый полевой тест: Мост в Грейт-Баррингтоне

В июне 2025 года команда исследователей успешно провела полевые испытания на мосту «Red Bridge» в городе Грейт-Баррингтон, штат Массачусетс. Этот мост, построенный в 1949 году, был выбран неслучайно: его планируют снести через несколько лет, что предоставило ученым уникальную возможность протестировать метод холодного напыления. После демонтажа отремонтированные балки будут доставлены в лабораторию для всестороннего анализа. Исследователи изучат, насколько прочно новый слой сцепился со старой конструкцией, остановился ли процесс коррозии и каковы механические свойства отремонтированного участка в реальных условиях эксплуатации.

Существующие подходы к реконструкции мостовых сооружений сопряжены со значительными финансовыми издержками и логистическими трудностями, поскольку предполагают полную остановку транспортного потока и продолжительное управление им. Об этом заявляет руководитель проекта Симос Герасимидис, доцент Массачусетского университета в Амхерсте (UMass Amherst). По его словам, успешное завершение пилотных испытаний открыло четкие перспективы для внедрения новой технологии, которая позволит проводить работы значительно оперативнее, экономичнее и с минимальным вмешательством в существующую инфраструктуру.

Как работает технология холодного напыления

Процесс холодного напыления, также известный как сверхзвуковое осаждение частиц (supersonic particle deposition), был разработан еще в 1980-х годах, но его применение для ремонта мостов — это абсолютное новшество. В отличие от сварки или других методов, требующих плавления металла, холодное напыление происходит при температурах значительно ниже точки плавления стали.

Ключевые этапы процесса:

1. Подготовка: Поврежденный участок балки очищается от ржавчины и загрязнений.
2. 3D-сканирование: С помощью LiDAR-сканера создается точная цифровая модель поврежденной области, что позволяет рассчитать необходимое количество материала и составить план ремонта.
3. Нанесение: Техник вручную, с помощью специального сопла, наносит стальной порошок, ускоренный сверхзвуковым потоком нагретого газа (температура газа может достигать 900°C, но сами частицы не плавятся).
4. Послойное восстановление: Процесс повторяется до тех пор, пока балка не восстановит свою первоначальную толщину и геометрию.

Одним из главных преимуществ является мобильность системы. Команда разработала портативную установку, которую можно доставить на любой объект. Это исключает необходимость демонтажа и транспортировки массивных балок в цех. Более того, ремонт можно проводить, не останавливая движение транспорта по мосту.

Мнения экспертов и перспективы

Специалисты видят в этой технологии огромный потенциал. «Тот факт, что мы можем ремонтировать мост, пока по нему ездят машины, кардинально меняет дело», — говорит Герасимидис. «Комбинируя сканирование с точным нанесением материала, мы можем быть очень целенаправленными… и дать этому мосту еще десять лет жизни, что очень много».

Раньше технология холодного напыления успешно применялась только для ремонта подводных лодок, самолетов и кораблей. Однако мосты представляют собой более сложную задачу из-за их стационарности и масштабов. Успешный эксперимент в Массачусетсе, проведенный при поддержке Департамента транспорта штата (MassDOT), Федеральной администрации автомобильных дорог и других ведомств, демонстрирует, что эти трудности преодолимы.

Хейден Куинлан из Центра передовых производственных технологий MIT, один из ведущих исследователей проекта со стороны института, подчеркивает важность междисциплинарного сотрудничества. «Этот проект — результат совместных усилий MassDOT, открытого для новых идей, интеллектуального потенциала UMass и MIT, а также MassTech, стремящейся вернуть производство в Массачусетс. Я думаю, это победа для всех участников», — заявил он в пресс-релизе MIT.