От фантастики к реальности: применение 3D-принтера в строительстве домов

Особенности технологии

Строительство домов с помощью 3D принтера стало реальностью благодаря калифорнийскому профессору Бероху Хошневису – изобретателю технологии Contour Crafting. Главным элементом инновации стал установленный на подвижной платформе экструдер, обеспечивающий послойное наращивание создаваемого объекта. Экструзия контролируется компьютером и производится согласно предварительно созданной трехмерной модели.

Процесс не нуждается в длительной и трудоемкой подготовке. Площадка расчищается и выравнивается с помощью стандартной техники, после чего на ней располагается 3D-принтер. Быстротвердеющая строительная смесь под давлением подается на головку принтера, откуда из сопла равномерно распределяется по рабочей поверхности. Строительные принтеры 3D-Shape в качестве расходного материала используют порошок, который после наслоения связывается, образуя монолитную конструкцию.

В 3D строительстве применяются вращающиеся и дельта-принтеры. Разнообразие бетонных смесей обеспечивает печать элементов различной сложности и размеров. С их помощью создаются декорации, малые архитектурные формы, здания, мосты и пр.

Мелкозернистая строительная смесь, используемая в принтерах, отличается от обыкновенного бетона. У каждой компании, осваивающей 3д строительство, расходный материал изготавливается по собственной рецептуре, которая зависит от особенностей оборудования и специфики возводимого объекта. Отдельным ноу-хау являются пластификаторы, благодаря которой увеличивается подвижность цемента, снижается содержание воды и увеличивается прочность.

Преимущества в сравнении с кирпичным и блочным строительством

По сравнению с традиционным возведением зданий 3D строительство обладает следующими преимуществами:

• На постройку дома с отделкой и коммуникациями требуется средств не больше, чем на аналогичное по площади здание из бруса без внутренних работ. При этом с развитием 3Д-технологий прослеживается тенденция к уменьшению стоимости их применения.
• При возведении 3D-печатного объекта задействовано гораздо меньше людей, чем на традиционных стройплощадках. После подготовительных работ в управлении и обслуживании техники участвуют 1–3 человека. В человеко-часах разрыв между обычным и 3д-строительством достигает 50–80%.
• При подготовленном фундаменте возведение стен по 3D-технологии занимает несколько суток. Основное время затрачивается на установку крыши, отделку и проведение коммуникаций. На сдачу в эксплуатацию быстровозводимых каркасно-щитовых домов уходит не менее месяца.
• Строительный мусор и загромождение окружающей территории – проблема любой стройплощадки. При работе 3д принтера отходы сводятся к минимуму, а некоторые из них после переработки вновь пускаются в дело.
• Благодаря технологии сокращаются затраты на возведение объектов с уникальной архитектурой. При этом сложность создаваемых геометрических форм не отражается на скорости процесса.

Достоинства стройки по объемной технологии относительно стандартному процессу представлены в таблице №1.

Таб. №1

Плюсы 3D-технологии	Минусы традиционного строительства
Высокая скорость, независимо от сложности объекта	Длительность стройки зависит от используемых материалов и архитектурных нюансов
Минимальное количество персонала	Необходимость в значительном количестве специалистов различных профилей, подсобных рабочих и пр.
Чистота на стройплощадке, повторное использование отходов	Захламленность территории, необходимость в последующем вывозе строительного мусора
Низкая стоимость работ	Необходимость в большом количестве специальной техники и транспорта
Оперативный запуск техники на новом месте	Зависимость от климатических условий

Возведение домов с помощью 3D принтера более целесообразно из экономических соображений. При строительстве отпадает надобность в некоторых материалах и процессах, уменьшаются затраты на логистику и пр.

Дом-экосистема Curve Appeal — 240 кв. м

Другой пример концептуальной 3D-печати — дом-экосистема Curve Appeal площадью 240 кв. м. Здание принадлежит бюро WATG Urban Architecture Studio. Печать здания завершилась в 2020 году.

Стройка продолжалась три года. Проект здания был создан еще в 2016, и тогда занял первое место на конкурсе The Freeform Home Design Challenge. От организаторов дизайнеры получили $8 тыс. на реализацию концепции.

Фото: WATG

Curve Appeal выполнено из 28 напечатанных панелей. Необычная конструкция поддерживает микроклимат дома: по словам дизайнеров, температура внутри здания не зависит от погоды снаружи.

Цементные смеси для 3d принтера

Во многих странах, в том числе и у нас, разработаны и продаются аналогичные смеси. Обычно они запатентованы и имеют свои торговые названия. Так, например, в Нидерландах она называется CyBe MORTAR. Бетонная смесь застывает в течение нескольких минут. Материал экологически чистый и полностью подлежит вторичной переработке.

А нашим самоделкиным остается пока одно – подумать, как можно научиться применить для своих садовых работ по изготовлению декора, используя принцип работы 3d принтера с бетонными чернилами.

Как видно из предыдущих фотографий строительный объект создается слой за слоем и движение 3d принтера напоминает движение клеевого пистолета при выдавливании на поверхность клея или герметика.

Нагревание бетонной смеси

Такой способ называется экструдивным. Небольшой 3d принтер, который использует пластик, имеет в своей головке еще и нагреватель. Он размягчает (расплавляет) твердый пластиковый стержень, подаваемый на печатающую головку принтера. Далее на поверхности изготавливаемой детали он прилипает к предыдущему слою и застывает. И так слой за слоем.

Нагревание можно использовать и при выдавливании бетонной смеси или нагревать током выдавленный бетон, в состав которого входит токопроводящий графитовый порошок. Это позволяет сократить время застывания (схватывания), но при этом снижаются характеристики прочности бетона. При температуре ниже 10 гр.С увеличивается время схватывания и стекание смеси с поверхности.

Но обычно используют добавки, ускоряющие твердение бетона. В продаже их огромное количество, но надо выбирать те, которые используются для торкрет-бетона. Это позволит избежать стекание нанесенного слоя, так как застывание бетона происходит за несколько минут. Качественные и безопасные ускорители твердения получают на основе бесщелочных неорганических соединений – сульфатов и гидроксидов алюминия.

Из импортных можно назвать такие, как MEYCOSA, Delvo Grete (BASF), Sigunit (Sika), Mapequick (Mapei), MCBauchemie,

из отечественных – Реламикс Торкрет (Полипласт), Центрамент Рапид 640 и 650 (Эм-Си Баухеми), Т-Хим (Химмодификатор). Диапазон использования добавки – 2-8% от веса цемента.

Также можно вместо обычного портландцемента  применить глиноземистый цемент, который даже без добавок значительно быстрее застывает и позволяет получить более прочную конструкцию. При этом он значительно дороже: 1 кг стоит от 20 до 35 руб.

Про ускорители твердения бетона уже упоминалось в статьях по изготовлению ваз для цветов и фонтана (см. тут и тут). Но при этом такая высокая скорость застывания бетона была не нужна, поэтому и использовался обычный недорогой ускоритель.

Реальные примеры

3D строительство домов — технология хоть и новая, но уже «обросла» массой конкретных примеров. Например, в Ярославле есть дом, в который заселилась обычная семья. И здание это было построено как раз с помощью 3D оборудования. Это первый дом в СНГ и Европе, возведенный таким способом. Строили его в 2015 году — принтер создал части коробки, которые были смонтированы всего за месяц на уже подготовленном фундаменте. И это — в декабре месяце. В 2017 году закончились работы по строительству кровли. Этот дом — не желание показать возможности 3D строительства, а самое настоящее жилое здание.

3D дом в Ярославле

Ранее в 2014 году в Китае были также представлены 10 домов, созданных на 3D принтере. Они расположены в промышленном парке провинции Цзянсу. Стоимость каждого строения — больше 3000  фунтов стерлингов. Это было начало технологии развития 3D строительства. Затем компания, построившая дома, усовершенствовала методику и создала более высокие здания.

3Dдом в Китае

В том же году в США сделали отпечаток замка. Его изготовили за 2 месяца. Замок невелик, но смотрится очень красиво. Размеры его основной части — 3Х5Х3,5 м. А башенки печатались отдельно.

Мини-замок в США, созданный на 3D принтере

В 2015 году в Филиппинах построили целые апартаменты при помощи новой технологии. Размеры — 10,5Х12,5Х3 м. Для создания этого строения использовали вулканический пепел и песок.

Дом из песка и вулканического пепла в Филиппинах

А во Франции в 2018 году создали целый пятикомнатный дом, площадь которого составляет 95 квадратов. Строил его манипулятор с экструдером для монтажной пены. Ее и использовали как основу. После нескольких слоев пены строители заливали созданную часть бетоном и так делали, пока не построили весь дом.

3D дом во Франции

Технология 3D строительства удобна и практична, все работы выполняются машинами и компьютерами. Пока неизвестно, к чему все это приведет, но сама по себе методика достаточно интересна. Возможно, в будущем благодаря ей мы будем строить здания намного быстрее.

Как используются машины для печати бетоном

В ОАЭ строится город, предназначенный для тренировки космонавтов в условиях, приближенных к реальности. Перед тем, как будущие колонизаторы отправятся осваивать Марс, им предстоит построить колонию на Земле. Проект называется Mars Science City. Стены хозяйственных построек возведут из песка с помощью 3D принтера.

Тем временем, NASA совместно с армией США и компанией Caterpillar работают над технологией быстрого возведения экспедиционных конструкций из подготовленной смеси и случайных подручных материалов для строительства казарм, баррикад, барьеров, мостов, заградительных препятствий, барьеров.

В Амстердаме (Нидерланды) установили первый в мире железобетонный мост, сделанный с помощью объемной печати. Мост длиной 8 метров состоит из 800 слоев армированного бетона, способен выдержать вес 40 большегрузов.

Аналогичный проект воплотили в жизнь в Испании. Мост сделан из железобетона. Длина конструкции – 12 метров. Инженеры работали над проектом 15 лет.

В Голландии также напечатали оригинальные зоны отдыха для обустройства общественного пространства. Проект получил название Urban Cabin. «Кабины» сделаны из биопластика.

Apis Corp. напечатали жилой дом за 24 часа. Площадь жилья – 38 метров 2 . Стоимость строительных работ составила чуть больше десяти тысяч долларов.

HuaShang Tengda за 45 дней напечатали особняк, площадью 400 квадратных метров. На производство несущих конструкций было затрачено 20 тонн бетона C30, из которого сделали несъемную опалубку толщиной 250 мм. Сейсмические испытания доказали, что здание способно выдержать землетрясение силой восемь баллов по шкале Рихтера.

WinSun не отстает от конкурентов. Жилой комплекс площадью 1100 квадратных метров:

голоса

Рейтинг статьи

Отличительные особенности

Будьте уверены, что современный 3d принтер строит дом очень быстро и за короткий промежуток времени справляется с поставленной задачей. К счастью, это далеко не единственная его особенность. Опытные специалисты утверждают, что представленное оборудование набирает огромную популярность за счет других немаловажных преимуществ, список которых приводится далее:

1. невероятная точность выполнения необходимых строительных работ достигается за счет четкого позиционирования головки принтера — это отлаженное оборудование, которое не совершает ошибок, в отличие от обычного человека; это выполняется в том случае, если 3d принтер для строительства домов будет правильно установлен на ровную поверхность;
2. денежные затраты, отводимые на механический труд существенно снижаются — такая техника позволяет значительно облегчить ручную работу или полностью ее заменить; при этом, можно не бояться за итоговый результат, потому что он всегда будет на высшем уровне;
3. каждый дом построенный 3d принтером отличается по-настоящему крепкой и надежной конструкцией, он не развалится через несколько недель или месяцев после окончания строительного процесса — это означает, что вопрос безопасности людей, которые будут находиться внутри стен этого умного дома, окажется под тщательным контролем;
4. строительный 3d принтер для строительства домов настолько популярен в нашей стране, что сейчас активно разрабатываются новые модели с расширенным функциональным рядом;
5. 3d принтер печатает дом, используя специальную рабочую массу в виде бетонного или цементного раствора, подача которого выполняется посредством специального экструдера, функционирующего автоматически;
6. некоторые модели способны выполнять качественную прокладку нужных коммуникаций — трубопровод, электропроводку или газовую развязку.

Качественная печать дома на 3d принтере осуществляется с выполнением ряда других немаловажных задач, например, возведение фундамента, крепких стен, заделывание проемов. Самое главное — изначально определиться с поставленной задачей и запустить оборудование, которое все сделает автоматически.

Непростое строительное дело постоянно совершенствуется за счет разработки набирающих популярность технологий и методов для эффективной работы. Любой дом на 3d принтере в России ничем не уступает другим сооружениям, которые ранее возводились на основе всем известных строительных технологий. Если вам хочется заполучить дом напечатанный на 3d принтере, то нужно обращаться за помощью к специалистам, потому что нет никакого смысла самостоятельно приобретать такую дорогостоящую технику.

Почему строительный 3D принтер может стать основой успешного бизнеса

Причин тому довольно много. Основные же из них сводятся к следующему:

Высокая скорость строительства

Современные строительные принтеры способны работать со скоростью 7-10 м2/мин, а в Китае уже работают машины, скорость «печатания» которых превосходит 50 м2/мин. Такие возможности позволяют соорудить дом размером в 200 м2 в течение всего лишь пары часов.

Низкая стоимость «напечатанных» домов

Типовой дом размером около 100 м2 можно возвести тысячи за три долларов. Для сравнения: если такой же дом строить из кирпича, его стоимость будет раза в два выше. При этом полностью готовый напечатанный дом можно продать за 15-20 тысяч.

Ценовая доступность 3D принтеров

Самыми дешевыми являются 3D принтеры китайского производства. Чуть дороже стоят изделия ЗАО «Спецавиа», работающего в Ярославле и являющегося лидером на российском рынке. В зависимости от назначения и конструкции, механизмы от этого ярославского производителя могут обойтись в 8,5-29 тыс. долларов.

Окупаемость

Те люди, которые уже приобрели строительный 3D принтер и начали заниматься этим бизнесом, посчитали, что их ежемесячная прибыль составляет 3-4 тыс. долларов. Это гарантирует окупаемость их вложений в течение полутора лет.

Итак, в нашей статье мы рассказали вам, чем привлекателен строительный 3D принтер. Мы поведали вам, как он работает, насколько быстро возводит дома, сколько стоит и как с его помощью можно неплохо заработать. Дело теперь за вами. Взвесьте все прочитанное, найдите более подробную информацию и подумайте, не стоит ли и вам обзавестись собственным печатающим устройством, чтобы порадовать свою семью новым домом и чтобы затем неплохо зарабатывать, делая свою семью еще более счастливой.

P.S.

Среди наших читателей, наверняка, имеются специалисты, глубже знающие тонкости данного вопроса. Будем рады и признательны, если вы оставите в своих комментариях какие-то исправления и уточнения.

Устройства из Нидерландов

Строительный манипулятор 3D ProTo R 3Dp создан в Нидерландах.

Видео:

Видео: 3Д принтер строительный

Видео: 3Д принтер строительный

Цемент выталкивается прототипом устройства со скоростью двести миллиметров в секунду. Диаметр его 6,3 м, а головки печатающей -30 мм. Цементные слои по толщине равны 30мм. Если использовать не одну головку экструзионную, а несколько, то скорость можно довести до 4 тысяч мм/сек.

Ведь в одну системы объединены все этапы — от проектирования до производства.

Рекомендуем:

• Возможности, типы, особенности 3Д-принтеров
• Origami 4Moms — роботизированная коляска: обзор, где купить, цена
• Обзор умных часов Garmin

Интересно не только само устройство, но и применяемый для 3Д принтера материал CyBe MORTAR. Он является бетонным раствором, который разрабатывала этаж е компания и ее партнеры. Состав держат в строгом секрете.

Углекислого газа, как утверждают разработчики, в окружающее пространство выбрасывается намного меньше, чем при традиционном способе, на 32%. Чистый с точки зрения экологии материал, помимо этого, полностью пригоден для переработки.

Принтер предназначен для опалубки, стен, полов и пр.

Показатели:

• Обеспечение программное – CyBe CHYSEL и CyBe ARTISAN;
• Специальный материал — CyBe MORTAR;
• Скорость — 200 мм/с;
• Диапазон – до 2750мм;
• Бетона на метр площади (толщина 40 мм) — 1,5 кг;
• Число осей – 6;
• Вид сети – локальная.

Помимо этого, у него имеется поддержка образовательная и сервисная, в том числе удаленная, и сертификат. Для загрузки составляющих и контролирования процесса достаточно два человека.

Как происходит 3Д возведение зданий

В соответствии с заранее подготовленным чертежом последовательно наносятся слои специального материала. Для строительства зданий обычно применяется цементная смесь. Её наносят слоями, после этого она затвердевает. Для здания могут использоваться составы с различными добавками.

Существует также строительство при помощи сухих материалов. В этом случае наносят слои порошка и укрепляют конструкцию. После этого смачивают её средством для отвердения.

Используя технологию 3Д печати можно строить здания, имеющие сложную формуИсточник habr.com

Для работы используются трёхмерные чертежи, созданные в специализированных приложениях. Применяются разнообразные способы перемещения сопел, через которые подаётся рабочий состав. Они зависят от типа используемого принтера.

Смесь загружается в бункер. Она содержит в своём составе цемент, пластификатор, наполнитель и другие компоненты. Под давлением она подаётся к головке принтера. Через неё состав выдавливается в точно определённых местах в соответствии с чертежом.

Для возведения зданий применяется бетонная смесь, отличающаяся от той, которая используется при стандартных способах строительства. Одной из её особенностей является мелкозернистость. Обычно смесь для работы производители таких принтеров изготавливают по собственным рецептам.

Так выглядит напечатанное зданиеИсточник datchikidoma.ru

RepRap versus коммерция

RepRap не просто так называют предком большинства существующих FDM-принтеров, которые находятся в свободной продаже. Мы уже описали основные лейтмотивы этой, без преувеличения, семьи энтузиастов. За несколько лет было создано четыре поколения 3D-принтеров. Но до сих пор у сообщества нет централизованного канала продажи деталей.

Парадокс заключается в том, что RepRap практически вырастило несколько коммерческих предприятий, которые начали дистанцироваться от сообщества. Эти компании получают весьма большую долю обструкции среди энтузиастов, но, как известно, собака лает, а караван идет.

Одной из первых «отделившихся» является компания Makerbot Industries, специализирующаяся на домашних FDM-принтерах. За счет инвестиций извне (так, основатель Amazon Джефф Безос вложил в проект порядка 10 млн долларов США) фирме удалось хорошо раскрутиться. Компания выпустила четвертое поколение модели Replicator и не стала выкладывать чертежи в открытый доступ.

Ситуация между RepRap и Makerbot Industries, несомненно, имеет две стороны медали. Если бы глава компании Бре Петис (в прошлом активный деятель сообщества, между прочим) не дистанцировался от энтузиастов и не начал продавать свои решения, то, возможно, 3D-печать и не получила бы такую популярность, которую она имеет сейчас.

Виды 3Д-принтеров для строительства дома

Как мы уже замечали выше, тип 3D-принтера напрямую зависит от типа и модификации здания. Которое он возводит. От этого зависит и размер самого принтера, объем бетономешалки, а также сопла, который подает строительную смесь.

Вариации конструкций строительных 3D-принтеров

Впервые дома по данной технологии стали массово возводить в Шанхае. Одна из первых 3D-машин, поразившей своими размахами и размером стал принтер WinSun. Длина рабочей зоны составляла 150 метров, а ширина 10. Такой принтер способен за несколько дней напечатать здание высотой 6 метров.

Дом, напечатанный чудо-принтером

Интересно, что в качестве технологической изюминки китайские инженеры использовали специальное стекловолокно, которое, с одной стороны, удешевляло строительные работы, а с другой – делало бетонную смесь менее теплопроводной. Тестовые образцы позволили компании сэкономить половину бюджета на возведение дома по новой технологии.

Европейские же инженеры, к примеру, голландские предпочитают печатать не собственно дома, а строительные материалы, с помощью которых эти дома можно возводить, считая (в чем-то справедливо), что более качественно работа будет сделана всё-таки человеческими руками и головой.

Сферы применения строительства при помощи печати

С их помощью можно быстро и недорого возводить дома, имеющие один или два этажа. 3Д печать даёт возможность построить большое количество низкобюджетных зданий за короткое время. Это может быть востребовано, например, для обустройства тех, кто пострадал от стихийных бедствий и потерял своё жильё.

Таким образом выгодно строить небольшие строения разного рода. Это, например, могут быть объекты паркового дизайна (скамейки, столы, декоративные уменьшенные модели зданий). Объёмная печать эффективна при возведении сооружений вспомогательного или хозяйственного назначения (гаражей, сараев и других).

Типы материалов для печати:

1. На основе цемента — базовый материал. Главные игроки: LafargeHolcim, HeidelbergCement, The Home Depot, Martin Marietta Materials, U. S. Concrete, Vulcan Materials Company, Fastenal, Geberit, Sika.

2. Материал, в котором цемент частично заменен на более экологичные связующие материалы: летучий пепел, мелкие стеклосферы (диаметром 150 нм), получаемые при производстве кремния или феррокремния, измельченный гранулированный шлак от производства стали, зола от сжигания рисовой шелухи, глина, гипс, мел и другие .

3. Геополимеры — еще один класс материалов для строительной 3D-печати без использования цемента, в котором имеется основа:  смесь сырьевых материалов (на базе шлака, пепла и стеклосфер из кремнезема) — и полимерное связующее на базе щелочных активаторов {(NaOH+Na₂SiO₃), (KOH+ K₂SiO₃), (NaOH+Na₂SiO₃; KOH +K₂SiO₃)}. В результате химической реакции создается длинная цепочка молекул: гидроксид натрия (щелок) смешивают со стеклом (кремнеземом), получают силикат натрия (жидкое стекло), а затем берут реактивный минерал (глину), смешивают его для создания бетона (связующего). Геополимер больше похож на камень, чем на бетон. Геополимерный цемент основан на неорганических материалах с полимерной структурой молекул. Геополимерные вяжущие и бетоны отличаются высокой прочностью и обладают рядом специфических свой­ств. Они называются «геополимерами», потому что сырье, используемое для их производства, в основном представляет собой полезные ископаемые геологического происхождения .

Геополимерный цемент химически инертен к целому ряду агрессивных веществ и сохраняет прочность в суровых климатических условиях. По сравнению с традиционной технологией производства бетона на основе портландцемента геополимер значительно превосходит его по прочности, долговечности, морозостойкости, огнеупорности, теплоизоляции, устойчивости к коррозии и агрессивным веществам, в том числе к некоторым видам кислот (таблица 1). Кроме того, использование геополимера снижает выбросы CO₂ до 90% по сравнению с производством портландцемента. Геополимер также может быть разработан для повторного использования и переработки промышленных побочных продуктов в виде заполнителей.

Основатели компании Renca — Андрей и Марина Дудниковы (РФ) и Alex Reggiani (Италия) — вывели продукт на рынок США — рис. 10 (www.renca.org).

Рис. 10. Геополимер – сухая смесь + связующее

Геополимерный бетон, используемый в качестве конструкционного раствора при 3D-печати бетона, превосходит раствор на основе портландцемента, поскольку геополимер будет химически сплавляться, в то время как цемент на основе портландцемента будет иметь тенденцию к созданию холодного шва и будет трескаться от усадки. Благодаря этим фактам геополимер несравним ни с каким другим материалом по стабильности и прочности при 3D-печати.

Материал представляет собой некую основу, в которую, медленно замешивая, вводят полимерное связующее. Полученный материал можно использовать как в традиционном строительстве, так и в строительной печати. Эксплуатационные характеристики г/п во много раз превосходят традиционные материалы на основе цемента, а срок жизни составляет тысячи лет. Г/п можно изготавливать на основе древесных волокон, отходов производства пластмасс, переработанной резины и т.д (рис. 11–15). При этом за счет специальной пропитки материал получается негорючим и влагонепроницаемым, а наличие пор в материале делает его теплозащитным. Материал можно обрабатывать и окрашивать в любой цвет. Г/п на основе гранитной или базальтовой крошки (рис. 2)  обладают огромной прочностью (127–137 Mpa).

Рис. 11. Геополимер на основе древесных опилок и стружки

Рис. 12. Геополимер на основе легкого пенобетона

Рис. 13. Геополимер для использования переработанной пробки и придания ей огнестойкости

Рис. 14. Напечатанный блок черепицы с нанесенным огнезащитным слоем

Рис. 15. Геополимер на основе крошки гранита и базальта

Компания AZURE (Калифорния, США) предложила использовать при печати домов пластиковые отходы в виде добавок к строительному материалу (до 60%). В основном это отходы в виде пластиковых бутылок и пищевой упаковки. Сейчас компания использует роботизированный принтер (KUKA) для цеховой печати отдельных элементов дома, которые потом собираются на месте.

Примеры домов, построенных с применением 3D-печати

Ещё раз, давайте полюбуемся на причудливые строения, созданные искусственным интеллектом. Вполне вероятно, что подобные строения прочно войдут в нашу жизнь. А также посмотрим, как работают самые трудолюбивые каменщики в мире.

1 из 8

А если у вас идеи, как можно использовать 3D-печать в строительстве, расскажите об этом другим читателям нашего онлайн журнала Homius.ru.

Watch this video on YouTube

Предыдущая Новинки рынкаИзысканно и шикарно: как использовать обожженное дерево в интерьере
Следующая Новинки рынкаКрепче стали: почему выгодно использовать стеклопластиковую арматуру вместо традиционной

Как 3D-печатные проекты могут быть полезны строительным компаниям?

Сторонники 3D-печати домов и коммерческих офисов указывают на несколько преимуществ такого метода строительства:

Безотходное строительство

В Великобритании почти треть отходов — это от строительной отрасли. По данным Transparency Market Research Group, строительная индустрия к 2025 году во всем мире будет производить 2,2 млрд тонн строительного мусора. И хотя большая часть отходов относится к сносу сооружений, сами строительные площадки продуцируют немало отходов.

И напротив, 3D-печать может сократить отходы практически до нуля. 3D-принтер использует четко определенное количество материала, которое требуется для печати конструкции — ни больше ни меньше. Это может стать большой экономией.

Сниженное потребление энергии

3D-печать в строительстве стимулирует применение местных доступных материалов и натуральных компонентов. Такая практика может сократить энергозатраты на транспортировке, возведении и производстве, поскольку для большинства местных материалов требуется меньше энергопотребления для обработки или установки. Если традиционные материалы с токсичными химическими примесями заменить на натуральные, то можно снизить токсичность всего строительства. Кроме того, местные материалы часто лучше подходят для локальных климатических условий и могут снизить нагрузку для отопления или охлаждения здания, что также снижает затраты на строительство.

Экономия времени и денег

Как и в случае с ИИ в строительстве, 3D-принтер может работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. Это означает, что строительные проекты имеют потенциал быть завершенными намного быстрее, и можно избежать ряда затрат на низкоквалифицированную рабочую силу. Более того, благодаря 3D-печати отпадает необходимость во временных конструкциях, таких как опалубка и леса, которые обычно используются в традиционном строительстве. Исследования бетонных конструкций, напечатанных на 3D-принтере, выявили значительное снижение требований к опалубке — это  снижает затраты на 35–60%.

Может реализовывать необычные формы дизайна

Одна из самых привлекающих характеристик 3D-принтеров — их способность создавать сложный и необычный дизайн конструкций, в том числе и единственный, уникальный. Поскольку работа 3д-принтера заключается в наслаивании материала, то их можно запрограммировать на абсолютно любую необычную форму, которую будет намного труднее  создать традиционными техниками.

Минимизация человеческих ошибок и повышение безопасности 

Опубликованная статистика травм на рабочем месте американским агентством BLS в 2020 году свидетельствует, что строительство- одно из травмоопасных сфер и высоким уровнем частоты заболеваний. Каждый день, около 5333 рабочих гибнет на стройплощадке. А с появлением 3D-печати количество производственных травм и смертельных случаев очевидно снизится, поскольку она делает строительство более программируемым и автоматизированным. Роботизированное строительство требует стандартизированной, точной и полной цифровой информации по зданию, что делает эту технологию более точной и эффективной, с минимальными доработками из-за человеческих ошибок или любых информационных несостыковок. Обычные проблемы с материалами и комплектующими, которые нужно где-то хранить, беречь от повреждения — нивелируются, также исчезают проблемы с монтажом и незавершенной работы из-за повреждений — 3D-элементы создаются по мере строительства, их не нужно перемещать и хранить.

Освоение новых рынков

Применение 3D-принтера также позволяет строительным компаниям заходить на новые секторы рынков, ранее им недоступные. А для начинающих стартапов-компаний, наличие 3D-принтера будет конкурентным преимуществом. Более того, 3D-печать — это блестящий способ поднять или улучшить репутацию бренда строительной компании среди тех, кто считает, что производство бетона влияет на окружающую среду планеты.

Заключение

По мнению многих специалистов наибольшее применение строительной печати ожидается в индивидуальном жилищном стро-

ительстве, причем как доступного жилья (дома в 1–2 этажа), так и в дорогом сегменте жилья по за-

казу. Для архитекторов и застройщиков открываются новые возможности разрабатывать и строить новое поколение умных домов по желанию их будущих владельцев, при этом стоимость такого строительства будет значительно ниже традиционного. Чуть позже, по-видимому, произойдет широкое внедрение технологии строительной печати в высотное строительство. Уже сейчас есть технические решения такой печати. С учетом перспектив городского многоэтажного строительства и выгоды использования строительной печати (сокращение времени постройки, уменьшение привлекаемой рабочей силы, снижение себестоимости строительства и др.) этот сектор экономики становится чрезвычайно привлекательным. ■

Литература

1. Максимов Н. М.  Аддитивные технологии в строительстве: оборудование и материалы// Аддитивные технологии. 2017. № 4. С. 54–62. https://clck.ru/eY5yp
2. Максимов Н. М.  Аддитивные технологии в строительстве: примеры и перспективы применения// Аддитивные технологии. 2018.  № 1. С. 36–42. https://clck.ru/eY5z6
3. National Low Income Housing Coalition Report: «The Gap: A Shortage of Affordable Homes March 2021» — NCSHA. https://clck.ru/fbJNr
4. Global Status Report 2018 | UNEP — UN Environment Programme. https://clck.ru/eY5zM
5. Delbeke, J. & Vis, P. Towards a Climate-­Neutral Europe: Curbing the Trend 1–223 (2019) doi:10.4324/9789276082569.
6. Human Errors in Construction Can Turn Into Deadly Mistakes. https://reports.nlihc.org/gap/about
7. Imagining construction’s digital future | McKinsey. https://clck.ru/eY622
8. https://clck.ru/eY5wX
9. https://clck.ru/eY5uR
10. https://clck.ru/eY5vw
11. Additive Manufacturing of Sustainable Construction Materials and Form-finding Structures: A Review on Recent Progresses Junli Liu, and others. https://clck.ru/eY5xS
12. Habert G., Miller SA, John VM, et al. Environmental impacts and decarbonization strategies in the cement and concrete industries. Nat. Rev. Earth Environ 2020; 1:559–573.
13. Martens P., Mathot M., Bos F., et al. Optimising 3D printed concrete structures using topology optimisation. In: High Tech Concrete: Where Technology and Engineering Meet. Cham: Springer, 2017. Рp. 301–309.
14. Panda B., Singh GVPB, Unluer C. et al. Synthesis and characterization of one-part geopolymers for extrusion-­based 3D concrete printing. J Clean Prod 2019; 220:610–619.
15. Alghamdi H., Nair SAO, Neithalath N. Insights into material design, extrusion rheology, and properties of 3D-printable alkali-­activated fly ash-based binders. Mater Des 2019; 167:107634.
16. Elahi MMA, Hossain MM, Karim MR, et al. A review on alkali-­activated binders: Materials composition and fresh properties of concrete. Constr Build Mater 2020; 260:119788.
17. https://geopolymerinternational.com/products/

Автор Николай Михайлович Максимов

Источник журнал “Аддитивные технологии” № 2-2022