Разное

3D принтер в строительстве: как это работает, технологии и 3D-принтеры

admin

Содержание

Читать статью — Строительная 3D-печать. 8 причин, по которым она станет достижением


3D-печать уже давно переросла свои первоначальные возможности быстрого прототипирования и превратилась в полноценный производственный процесс, известный в отрасли как аддитивное производство. Он используется для производства все более широкого спектра изделий, от зубных имплантатов до деталей реактивных двигателей. Действительно, это был лишь вопрос времени, когда она доберется до строительной отрасли.


Проще говоря, дома, построенные с помощью строительного 3D-принтера, строятся путем послойного нанесения материала. Пастообразная бетонная смесь выдавливается через сопло, создавая стены с нуля по одному слою за раз.


На первый взгляд, это не кажется сложным, но на самом деле это не так. При том, что перспективы такого процесса строительства огромны, он все еще находится на самых ранних стадиях разработки, но уже показал многообещающие результаты и быстро привлек внимание средств массовой информации.


Вопрос в том, действительно ли шумиха вокруг строительной 3D-печати заслужена? В этой статье мы углубимся в эту тему и покажем, почему мы считаем, что 3D-печатные дома могут стать следующим большим достижением.

Скорость строительства



3D-печать дома происходит значительно быстрее по сравнению с традиционными методами строительства. Хотя фактические сроки в значительной степени зависят от размера проекта, в большинстве случаев строительство занимает всего несколько дней.


Возьмем, к примеру, первый полностью 3D-печатный дом в Америке, построенный строительной компанией ICON для некоммерческой организации New Story в 2018 году. На создание дома площадью 33 квадратных метра в Техасе ушло около 47 часов печатного времени, растянувшегося на несколько дней.


Всего два года спустя другая американская компания построила огромный дом площадью 177 квадратных метра всего за 8 дней, что заняло всего 48 часов общего времени печати. Однако помните, что 3D-принтеры могут создавать только внешние и внутренние стены.


Тем не менее, по данным SQ4D, компании, ответственной за проект, это на 40% меньше по сравнению с обычными строительными технологиями. На первый взгляд это может показаться незначительным, строительная 3D-печать все еще является развивающейся технологией, которой еще многое предстоит усовершенствовать. Так что, скорее всего, сроки строительства сократятся еще больше.

Меньшее количество строителей



На строительных площадках для 3D-печати требуется меньше рабочих, чем на традиционных площадках, поскольку печатное оборудование выполняет большую часть работы.


Традиционное строительство требует много этапов, включая целую бригаду из пяти-шести человек, которые разгружают, транспортируют и смешивают материалы перед укладкой конструкций. После настройки бетонному 3D-принтеру требуется всего несколько человек для мониторинга и контроля процесса.


Например, для вышеупомянутого дома площадью 177 кв. метров от SQ4D потребуется всего 3 человека на месте, что, по данным компании, заменит бригаду из более чем 20 чернорабочих. Это показывает, насколько хорошо автоматизирован весь этот процесс, и почему строительные 3D-принтеры являются такой многообещающей альтернативой.


Кроме того, меньшее количество работников на месте также приводит к меньшему количеству связанных с работой травм и смертельных исходов. Согласно статистике OSHA, только строительство является причиной смерти каждого пятого работника в США. Если подходить к делу ответственно, 3D-принтеры могут помочь значительно сократить эти цифры.

Ниже стоимость строительства



Считается, что дома 3D-печные дома дешевле строить, но это несколько спорно, поскольку 3D-принтеры для массового строительства являются дорогостоящим оборудованием и по-прежнему имеют много ограничений. Но давайте ограничимся фактами и цифрами.


Мы уже установили, что 3D-печать дома происходит быстрее, чем традиционное строительство, и, как говорится, время — деньги. Меньшее время, затрачиваемое на стройплощадку, означает, что и оборудование, и рабочие будут быстрее доступны для других проектов, что теоретически вдвое увеличит объем строительства по сравнению с сегодняшними показателями.


Добавьте это к значительно сокращенному количеству требуемых рабочих. Кроме того, сырье, используемое некоторыми 3D-принтерами, может быть частично собрано на месте, что снижает затраты, связанные с поиском, хранением и транспортировкой его на место.


Теперь перейдем к цифрам: дом Apis Cor площадью 40 кв. м в России, по слухам, стоил примерно 10 000 долларов, включая все окна, кровлю, проводку и внутреннюю отделку. Это ошеломляюще мало. В настоящее время ICON работает над домами площадью 60 квадратных метров, которые, как планируется, будут стоить всего 4000 долларов.


Да, строительное оборудование для 3D-печати по-прежнему очень дорого, как и любая другая передовая технология, но здесь есть много возможностей для совершенствования, и по мере развития технологии затраты, связанные с оборудованием и эксплуатацией, несомненно, сократятся.

Уникальные строительные возможности


 


3D-печать открывает уникальные возможности для строительства, которые были бы либо невозможны, либо слишком дороги в реализации с помощью обычных строительных технологий.


Некоторые говорят, что для того, чтобы получить максимальную отдачу от любого процесса 3D-печати, необходимо учитывать высокую степень свободы проектирования, обеспечиваемую этими технологиями. Это также относится к строительству и архитектуре, где инновации и творчество особенно поощряются.


3D-печать позволяет создавать сложные формы и формы без дополнительных усилий. Например, бетонный 3D-принтер может создавать причудливо изогнутые стены так же легко, как и прямые. Нетрадиционная архитектура может улучшить внешний вид зданий и даже оптимизировать внутреннее пространство.


Возьмем, к примеру, «Офис будущего» в Дубае, напечатанный в 3D китайской компанией Winsun, в котором размещается Фонд Dubai Futures Foundation. Внешний вид изогнутой формы потребовал бы чрезмерного объема работ для воссоздания с использованием традиционных строительных технологий.


Инженеры также могут проявить творческий подход, поскольку исходные материалы для печати могут быть тщательно настроены для достижения лучших свойств. Из готовой партии бетон уже является первоклассным строительным материалом, устойчивым к большинству воздействий окружающей среды, таких как огонь и влажность, а также отличным теплоизолятором для холодной и теплой погоды.

Высокая эффективность материалов



Процесс 3D-печати более эффективен с точки зрения использования энергии и материалов по сравнению с традиционным строительством.


3D-принтеры производят меньше отходов, поскольку они используют только необходимое количество материала для создания конструкций: нет отходов от резки или вырезания материалов. Кроме того, поскольку исходные материалы на основе бетона не имеют формы, любые остатки можно и нужно использовать в следующем здании.


Кроме того, сырье может быть изготовлено из переработанных материалов. Еще в 2014 году китайская компания Winsun смогла построить не менее 10 домов за один день, используя только переработанный бетонный материал, в то время как итальянская компания по 3D-печати WASP изготовила дом из натуральной грязи, смешанной с отходами местного производства риса, которые включали измельченную солому и рисовую шелуху.


3D-принтеры также потребляют меньше энергии по сравнению со всей производственной цепочкой обычного строительства. Учитывайте всю энергию, необходимую для транспортировки сырья и ежедневного перемещения целых бригад рабочих на строительную площадку. За счет сокращения трудоемкости и поиска материалов на месте 3D-печать может быть более устойчивой в долгосрочной перспективе.

Ситуационная применимость



В целом, 3D-принтеры могут играть центральную роль в различных сценариях по всему миру. Все ключевые моменты, которые мы рассмотрели до сих пор – сокращение времени, затрат, рабочей силы, расширение уникальных возможностей и эффективность – показывают, как эта технология может быть очень полезна в определенных ситуациях.


Развивающиеся страны постоянно сталкиваются с жилищными проблемами. Способность обеспечить достаточное количество качественных домов по доступным ценам является ключевым фактором устойчивого экономического развития. Относительно быстрый процесс создания 3D-принтеров потенциально может решить проблемы бездомных в краткосрочной перспективе.


Это именно то, чего New Story и ICON пытаются достичь в Мексике, в Табаско. Идея состоит в том, чтобы создать самое первое сообщество жителей 3D-печатных домов для местных семей, которые в настоящее время живут в крайней нищете. Всего будет построено 50 полностью напечатанных на 3D-принтере домов площадью 50 квадратных метров.


Дома, напечатанные на 3D-принтере, также могут быть полезны в ситуациях гуманитарного кризиса, особенно после стихийных бедствий, когда дома трагически уничтожаются в результате землетрясений, пожаров или цунами. Общины, пострадавшие от таких событий, в конечном итоге сталкиваются с нехваткой рабочей силы и материалов, не говоря уже о логистических проблемах. Восстановление с помощью 3D-печати может стать эффективным и дешевым решением, по крайней мере, для начала восстановления этих сообществ.


И последнее, 3D-печать также может сделать возможным освоение космоса, подобного Марсу. Идея состоит в том, чтобы отправить автоматизированное оборудование для 3D-печати на красную планету, и, поскольку сырье можно было бы собирать на месте, принтеры могли бы начать строить жилые помещения задолго до прибытия первых людей. Неудивительно, что НАСА так заинтересовано в этой технологии.

Отраслевой сдвиг и инвестиции



Строительная 3D-печать привлекает не только внимание лидеров отрасли и инвесторов: она привлекает и их деньги!


Рынок строительной 3D-печати в последние годы неуклонно растет. В 2019 году производитель 3D-принтеров для бетона COBOD сообщил о прибыли всего за второй год своей работы, что является огромным достижением для любой компании и даже больше, учитывая, насколько сырым все еще остается этот специфический рынок.


После 2020 года кризис с коронавирусом затронул большинство отраслей промышленности по всему миру, и строительная 3D-печать не является исключением. Тем не менее, она представляется подходящим решением для таких случаев, учитывая сокращение количества рабочих на месте. По этой и другим причинам ожидается, что мировой рынок строительной 3D-печати вырастет с 350 млн долларов в 2022 году до 11 млрд. долларов в 2027 году.


Не нужно верить нам на слово. Просто помните, что лидеры отрасли находятся на вершине, потому что они понимают рынок, в то время как крупные инвесторы вкладывают свои деньги только в реальные и действительно перспективные технологии. Дома, напечатанные на 3D-принтере — это следующий большой прорыв в технологиях.

Глобальное распространение



3D-печатные дома уже стали реальностью, и они быстро распространяются по всему миру.


В то время, как дома, напечатанные на 3D-принтере, часто можно увидеть на архитектурных конкурсах или в качестве концептуальных проектов, существует множество реальных жилых сооружений, которые уже используются. Возьмем, к примеру, Lewis Grand Hotel на Филиппинах с виллами площадью 140 кв. метров, полностью выполненным с помощью 3D-печати, включая спальни и гостиные.


Правительства также принимают в этом участие. В 2019 году российская компания Apis Cor построила самое большое на сегодняшний день 3D-печатное здание. Двухэтажное здание площадью 640 кв. м в настоящее время является домом для муниципалитета Дубая, являясь вторым правительственным зданием, напечатанным на 3D-принтере, после уже упомянутого «Офиса будущего».


В Европе Yhnova House, напечатанный на 3D-принтере, стал одним из первых жилых домов в мире в 2018 году, когда туда переехала семья Рамдани. Конструкция была разработана Университетом Нанта с использованием собственного запатентованного оборудования, и на 3D-печать конструкции площадью 92 кв. метра ушло не более 54 часов.


В следующий раз, когда вы услышите о 3D-печатных домах, помните, что, хотя это все еще развивающаяся технология, она показала отличные результаты и уже используется по всему миру.


На нашем сайте Вы можете выбрать и заказать строительный 3D-принтер как для строительства здания, так и малых строительных форм. Для этого перейдите в каталог строительных 3D-принтеров. «Цветной мир» — надежный поставщик 3D-принтеров с многолетним опытом работы, осуществляющий поставки напрямую от производителей и гарантирующий их качество. 

3Д принтер для строительства дома

На 3D-принтерах сегодня можно печатать как жилые, так и нежилые постройки. Речь идет не только о миниатюрных летних домиках, но и о многоэтажных конструкциях, пригодных для круглогодичного проживания. Их изготавливают на основе бетона, поэтому по своим техническим характеристикам они почти идентичны стандартному жилью. С помощью 3D можно создавать здания необычной формы и конфигурации, воплощать в жизнь самые авангардные дизайнерские решения. Это намного проще и дешевле, чем пытаться реализовать ту же задумку по традиционной строительной технологии.

Основные перспективы 3D-печати в строительстве относятся к двум направлениям. Первое — это экономически рациональное создание уникальных построек по авторским проектам. Второе — это обеспечение малоимущих слоев населения долговечным, экологичным, удобным жильем с минимальными финансовыми вложениями. К сожалению, развитию обоих этих направлений сегодня препятствует отсутствие законодательной базы для 3D-строительства. В отсутствие единых для всей отрасли стандартов и нормативов эта технология не может стать по-настоящему массовой. В этой статье будет дан обзор уже реализованных проектов 3D-строительства, описаны нюансы строительных смесей и принтеров, а также перечислены объективные плюсы и минусы данной технологии.

Технологии строительных 3D-принтеров

Строительные 3D-принтеры оснащены экструдерами, из которых выдавливается бетон и укладывается послойно, формируя внешние и внутренние стены будущего здания. Чертеж здания предварительно разрабатывается в виде трехмерной модели в компьютерной CAD-программе. Чтобы придать бетону необходимую жидкую консистенцию, его смешивают с водой и добавками. Полученную смесь под давлением подают в шланг, подсоединенный к головке принтера. Из головки материал поступает на предыдущие напечатанные слои или непосредственно на строительную площадку.

Если сравнивать с обычным строительным бетоном, материал для 3D-строительства по своим характеристикам будет больше всего напоминает марку М50. Чтобы придать ему дополнительную прочность, стены постройки армируют. С этой целью в раствор добавляют фиброволокно либо укладывают в стены стекловолоконную арматуру.

 ВНИМАНИЕ : Стены готовой постройки не будут идеально гладкими. Живым строителям придется выровнять их, оштукатурить, выполнить облицовку.

3D-печать не слишком удобна для создания длинноразмерных конструкций. В отсутствие законодательства, которое регламентировало бы ее применение для поточной застройки, эта технология будет использоваться в первую очередь для создания:

  • беседок;
  • ландшафтных построек;
  • клумб и скамеек;
  • небольших мостов;
  • дачных домиков;
  • детских городков;
  • гаражей;
  • построек хозяйственного предназначения.

Этого уровень среднего и малого 3D-предпринимательства, но не крупных городских застройщиков.

 ВНИМАНИЕ : Площадка для 3D-строительства должна быть безупречно ровной. Это требуется и для укладки направляющих рельсов, и для обеспечения их последующей параллельности.

Типы строительных 3D-принтеров

XYZ-принтеры

Такие устройства известны также под названием портальных. Это рамы, по осям XY у которых перемещается печатная головка. Чтобы подвесить головку к раме, задействуют порталы (обычно их три). Для перемещения порталов используют высокоточные шаговые двигатели.

Используют XYZ-принтеры тремя способами:

  1. Если постройка компактная, ее можно распечатать целиком.
  2. Если постройка большая, принтер поставят в цех, и он будет печатать компоненты постройки по отдельности.
  3. Если поместить принтер внутрь возводимой постройки, он сможет распечатать для нее внутренние стены.

Дельта

Дельта-принтеры способны создавать более изощренные объекты, если сравнивать с XYZ-устройствами. Они не привязаны к трехмерным направляющим. Их печатающие головки висят на тонких рычагах, закрепленных за вертикальные направляющие.

Роботы

Принтеры этой разновидности представляют собой роботов-манипуляторов промышленного типа. Они оснащены экструдерами, управляет ими компьютер.

D-Shape

Аппараты D-Shape выделены в отдельную категорию по объективной причине: их филамент представляет собой не раствор, а сухой порошковый материал. Филамент укладывается послойно с желаемой толщиной и уплотняется, потом его пропитывают связующей субстанцией из сопла принтера. Затем с готового элемента снимают излишнее сырье.

Строительные смеси

3D-печать в строительстве производится на основе бетона. При прохождении материала через экструдер могут возникать трудности, поэтому консистенция бетона должна быть такой, чтобы он не растекался и ложился равномерными слоями. Материал должен быстро схватываться, чтобы сохранять форму — однако если процесс будет происходить на слишком высокой скорости, накладываемые слои утратят химическую активность и не сформируют в месте соприкосновения единую структуру. Кроме того, если бетон начнет схватываться чересчур быстро, он забьет сопло, и принтер выйдет из строя. Прочность бетона повышается за счет добавления пластифицирующих веществ. Благодаря им смесь становится более подвижной, водоцементное отношение уменьшается.

 ВНИМАНИЕ : Для 3D-печати применяют не тот же самый бетон, что для традиционного строительства. В 3D нужны мелкозернистые смеси, которые каждое предприятие изготавливает по собственной рецептуре. При составлении рецептуры учитывается специфика целевых объектов, а также нюансы конструкции принтера и его сопла.

Примеры домов, напечатанных на строительном 3D-принтере

Дома, распечатанные по 3D-технологии, уже возведены во многих странах мира: России, Китае, США, ОАЭ. Вот несколько наиболее ярких тому примеров.

АМТ «Спецавиа»

Это ярославское предприятие сначала специализировалось на производстве ЧПУ-станков, а теперь переориентировалось на разработку строительных 3D-принтеров. Визитной карточкой этой компании стала постройка для охранников Екатеринбургского цементного завода, стилизованная под замок Винтерфелл из «Игры престолов». Первый объект недвижимости площадью 165 кв. м АМТ распечатали в 2015 году: часть конструкции создавалась на площадке, а часть поставлялась с завода в разобранном состоянии.

Apis Cor

Иркутское предприятие Apis Cor пользуется любопытной технологией: печатная головка размещена на телескопической штанге, которая регулируется по высоте и размещается на поворотной платформе. Такая установка печатает из гипсовой смеси стены вокруг себя. После завершения работ принтер легко транспортировать на новую строительную площадку с помощью обычного подъемного крана. В 2019 году компания возвела в Дубае дом площадью 640 кв. м, для чего потребовалось 500 часов работы принтера. В Ступино аналогичная постройка была возведена для демонстрационных целей, не для проживания.

Winsun

Китайская компания Winsun присутствует на рынке с 2003 года и успела за это время зарегистрировать 225 национальных патентов. Прагматичная цель ее такова: обеспечить доступным жильем малоимущие слои населения, вдвое сократить строительные издержки и за счет применения экологичных материалов добиться того, чтобы в китайских городах не стояла дымка смога.

В 2014 году Winsun сделали амбициозное заявление о том, что готовы напечатать 10 жилых домов за 10 суток. В итоге они действительно возвели 10 домов площадью 200 кв. м и стоимостью всего $4 800 каждый. Конфигурация у домиков была самая примитивная, но в них можно было заселяться.

В 2015 году в промышленном парке в Сучжоу Winsun реализовали более сложные 3D-проекты: уютный особняк площадью 1 100 кв. м и пятиэтажный жилой дом. Габариты принтера, который использовался для этих работ, составили 6 × 10 × 40 м. Блоки печатались по отдельности, а затем монтировались в цельную конструкцию. Для производства строительной смеси задействовали строительные и промышленные отходы, стеклопластик, песок, цемент и специализированный отвердитель. И стройматериалов, и времени потребовалось в 3 раза меньше, чем на возведение построек по традиционной технологии, а состав строительной бригады уменьшился в 5 раз.

CyBe Construction

В 2019 году к этой голландской компании обратились клиенты из ОАЭ. Они хотели бы, чтобы к 2025 году 25 % всех новых зданий в Дубае возводились по 3D-технологии. Первое в мире офисное здание, построенное в 3D, находится именно в Дубае. CyBe Construction пригласили продемонстрировать свои возможности в парке SRTI — исследовательском центре, специализирующемся на водных технологиях, возобновляемых источниках энергии, экологических технологиях, цифровизации, промышленном дизайне 4.0, мобильности и умных городах. Строительный 3D-принтер CyBe Construction работает со скоростью до 600 мм/с и создает все несущие конструкции для здания менее чем за час. Он может выполнять опалубку, стены, канализационные ямы, полы.

D-Shape

Как уже упоминалось выше, печатная технология D-Shape несколько отличается от остальных. Она задействует метод стереолитографии, а в качестве филамента выступает песок с неорганическим связующим составом. По своему внешнему виду такой материал напоминает мрамор, а по прочности и долговечности превосходит и железобетон, и каменную кладку. Для полного высыхания смеси достаточно лишь 24 часов. Уже в 2012 году компания заявляла о готовности распечатывать двухэтажные здания с внутрикомнатными стенами, лестницами, трубопроводами, сводчатой крышей, колоннами и прочими элементами. Приоритетом развития D-Shape считают создание домов нестандартной формы, которым не страшны ураганы, землетрясения и прочие стихийные бедствия.

BatiPrint

В 2017 году на Неделе дизайна в Нанте (Франция) компания BatiPrint распечатала жилой дом под названием Yhnova House. Этот социальный проект был разработан учеными из Нантского университета. Сначала его открыли для просмотра и посещений, а затем в дом заселились люди. Площадь Yhnova House составляет 95 кв. м, в нем 5 комнат. Постройка является энергоэффективной, поэтому счета за услуги ЖКХ у ее обитателей ниже, чем у жителей обычных домов. BatiPrint задействовали для печати руку робота, направляемую лазером. Процесс строительства не зависел от капризов погоды, для постройки не потребовалось возводить леса. Создатели проекта особенно акцентировали внимание на том, что отходов и вреда для экологии от него было намного меньше, чем при традиционном строительстве.

WASP

Итальянцы WASP в сотрудничестве с архитекторами из Mario Cucinella Architects возвели в Болонье необычные жилые дома легко узнаваемой скругленной формы. Этот проект получил название Tecla. Для строительства домов задействовали вторсырье и XYZ-принтер под названием Crane. Ранее компания распечатала дом GAIA, созданный в буквальном смысле из сырой земли. Строители руководствуются принципом «нулевого километра» — им важно, чтобы стройматериалы были местного происхождения, и их не приходилось бы везти из других регионов или стран.

Само название бренда WASP переводится как «оса». Его команда черпает вдохновение у природы и стремится в первую очередь к экологичности и энергоэффективности. Компания ставит своей задачей возведение не отдельных построек, а экопоселков, призванных решить проблему перенаселения планеты и дефицита традиционных ресурсов. В основу планировки таких поселков положены пчелиные соты. Несмотря на то что постройки от WASP внешне напоминают летние домики, они рассчитаны на круглогодичную эксплуатацию.

Contour Crafting

Американская компания Contour Crafting обладает более чем 100 патентами и рассматривает скорость строительства как основной приоритет. На строительство одного дома она планирует тратить менее недели, а заселяться туда можно через 2–5 дней после завершения строительства. 3D-принтер от Contour Crafting весит всего 360 кг, а стандартный радиус его действия составляет 12 м и допускает возможность увеличения. По заявлению представителей компании, их технология более перспективна, чем та, что используют в Winsun. Китайцы сочетают 3D-технологии с традиционным подходом, а Contour Crafting стремится полностью автоматизировать процесс, тем самым максимально ускорив и удешевив его. Дом не придется собирать по частям: принтер послойно возведет его из цемента прямо на строительной площадке.

Плюсы и минусы

Темпы развития 3D-технологий позволяют предположить, что недостатки, с которыми строителям пока приходится мириться, будут преодолены в самом ближайшем времени.

Плюсы

  • Постройку с оригинальным дизайном гораздо проще и дешевле напечатать в 3D, чем выстроить по традиционным технологиям.
  • 3D-печать позволяет воплотить в жизнь практически любые фантазии архитекторов и дизайнеров.
  • Процесс печати происходит быстро и точно. Принтер безошибочно переносит все детали проекта в материальную реальность. Если что-то пошло не так — значит, в проекте была ошибка либо попался некачественный филамент.
  • Потребность в человеческом труде практически отпадает.
  • От строительства остается меньше мусора и отходов. Все компоненты распечатываются точно в нужном количестве под конкретный проект. Если какие-то компоненты по непредвиденным причинам остались неиспользованными, их можно утилизировать (то есть изготовить из них новый филамент).
  • Строительный процесс создает ощутимо меньше рисков и угроз как для людей, так и для окружающей среды.

Минусы

  • Живые строители, производители традиционных строительных материалов, предприятия по аренде строительной техники остаются без работы.
  • Тем живым работникам, которые все-таки будут задействованы в процессе, придется срочно получать новые навыки и повышать квалификацию.
  • Сегодня многие принтеры способны печатать только на одном типе филамента.
  • Выбор строительных филаментов ограничен.
  • С хранением и транспортировкой принтеров с одной строительной площадки на другую могут возникать проблемы.
  • Разработку моделей для печати зданий можно доверять только экспертам, которых пока крайне мало. Недостаток знаний или опыта может привести к обрушению конструкции и прочим малоприятным последствиям.
  • Сборка готовых компонентов на месте в ряде случаев может оказаться такой же длительной, как и строительство по традиционной технологии.
  • Современное законодательство недостаточно совершенно для того, чтобы поставить 3D-строительство на поток.

3D-технологии уже сейчас позволяют строить комфортные жилые дома для круглогодичного проживания. Это могут быть как компактные домики с минимальной площадью и стоимостью, так и просторные особняки и пятиэтажные многоквартирные дома. С технологической точки зрения эти объекты такие же прочные и долговечные, как их аналоги, возведенные по традиционным технологиям.

Более того, они более экологичны и энергоэффективны, а затраты на их производство существенно ниже (и по расходу материалов, и по затраченному времени и труду). Однако на поток 3D-строительство пока что не может быть поставлено ввиду отсутствия соответствующего законодательства.

Сегодня строительство в 3D вынуждено ограничиваться локальными проектами от малого и среднего бизнеса. В перспективе эта технология поможет решить проблему перенаселения планеты, нехватки социального жилья и доступных ресурсов. Кроме того, 3D-печать позволяет воплотить в жизнь практически любые фантазии архитекторов и дизайнеров.

  • 25 мая 2020
  • 6944

Получите консультацию специалиста

3D-печать в строительстве: рост, преимущества и проблемы

3D-печать открывает большие перспективы для строительства. Оправдает ли новинка шумиху?

3D-печать стала широко использоваться в последнее десятилетие, и на то есть веские причины. Хотя изначально технология 3D-печати была разработана для целей прототипирования продуктов, она продвинулась до такой степени, что стала ключевым игроком в различных отраслях промышленности.

Хотя очевидно, что технология 3D-печати с момента своего появления доказала свою эффективность в области медицины, аэрокосмической промышленности и производства инструментов, есть еще одна область, которая потенциально может прорваться: строительный сектор.

Теперь, когда 3D-принтеры способны печатать стены зданий и обрабатывать цемент, эта технология может помочь изменить конструкцию в том виде, в каком мы ее знаем. Но является ли 3D-печать в строительстве просто мимолетной тенденцией или у нее есть реальная стойкость как технология, которая может служить ключевым долгосрочным решением? Ниже мы рассмотрим, как 3D уже произвело фурор в строительстве и как выглядит будущее.

История 3D-печати в строительстве

Прежде чем мы углубимся в историю 3D-печати в строительной отрасли, важно сделать шаг назад во времени, к истокам самой 3D-печати.

Корни 3D-печати восходят к середине 1980-х годов, когда была задумана стереолитография, или SLA. SLA работает как мощный лазер и превращает жидкую смолу в твердый материал. SLA — это аддитивная технология, что означает создание продукта с нуля послойным способом. Сегодня SLA по-прежнему является одной из самых популярных технологий 3D-печати, хотя 3D-печатью обычно считают любую технологию, которая создает детали аддитивным способом. Некоторые другие популярные аддитивные технологии включают селективное лазерное спекание (SLS), моделирование наплавления (FDM) и прямое напыление металла (DMD).

Первоначально 3D-печать использовалась для быстрого и точного создания прототипов деталей. Однако по мере совершенствования аддитивных процессов возможности его практического применения начали расширяться. До принятия информационного моделирования зданий (BIM) 3D-печать даже использовалась архитектурными фирмами для создания масштабных моделей. Вскоре его использовали для более амбициозных строительных целей.

Уже более десяти лет 3D-печать используется в нескольких амбициозных инициативах и проектах в области строительства, в том числе:

  • В 2004 профессор Университета Южной Калифорнии попытался напечатать стену на 3D-принтере, что считается первым применением технологии в строительстве.
  • В 2014 в Амстердаме был построен полностью построенный с помощью 3D-печати дом на канале.
  • В 2016 особняк был напечатан на 3D-принтере в Китае.
  • Также в 2016 Фонд будущего Дубая построил свой офис будущего с помощью 3D-печати, что стало важной вехой для технологии в секторе коммерческого строительства. Полностью функционирующее здание площадью 2700 квадратных футов было построено на большом 3D-принтере размером 120 x 40 x 20 футов. Строительство заняло всего 17 дней.

Сегодня рынок 3D-печати в строительстве быстро растет, и ожидается, что к 2024 году он достигнет 1,5 миллиарда долларов. роста, чем другие.

Бетон для 3D-печати

Бетон, в частности, является одним из них. На самом деле, рынок бетонной 3D-печати, по прогнозам, к 2021 году будет оцениваться в 56,4 миллиона долларов, и этот рост в значительной степени обусловлен количеством новых инновационных проектов, которые планируются в строительстве. 3D-печать в бетоне, похоже, не просто массовое движение. В феврале 2017 года Vinci, одна из ведущих строительных фирм Франции, приобрела долю в XtreeE, французском стартапе, который специализируется на 3D-печати бетонных структурных элементов.

В 2019 году компания   BAM открыла первый в Европе центр печати на бетоне в Нидерландах. Перед заводом уже поставлена ​​задача поставить несколько 3D-печатных мостов по всему региону. Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть, как BAM и Saint-Gobain меняют будущее инфраструктуры с помощью устойчивых, масштабируемых и доступных решений для 3D-печати бетоном.

 

Хотя 3D-печать бетона показывает большой потенциал, стоит отметить, что общая технология, когда речь идет о бетонном материале, все еще находится в зачаточном состоянии. На самом деле, большинство 3D-принтеров, которые обрабатывают бетон, сегодня все еще тестируются и настраиваются и еще не предназначены для производственных целей. Однако, как видно из приведенного выше видео, существует потенциал для аддитивного строительства всего, от фундаментов и стен до отдельных шлакоблоков и мостов, более быстрым, доступным и экологически безопасным способом, поскольку технология продолжает развиваться.

Преимущества 3D-печати в строительстве

Почему 3D-печать так популярна в строительном секторе? По мере того, как отрасль сталкивается с растущим давлением, требующим соблюдения жестких графиков и бюджетов, компании ищут новые инновации, которые помогут заполнить пробелы. 3D-печать в строительстве предлагает значительный потенциал для повышения эффективности в строительном секторе, в том числе следующими способами.

Рекомендуемое чтение: Ознакомьтесь с ключевыми выводами из наш выпуск подкаста об использовании возможностей 3D-печати в строительстве. В этом глубоком погружении со Стефаном Мансуром, консультантом по 3D-печати и новым технологиям в MaRiTama Ltd, он рассказывает о больших преимуществах, распространенных заблуждениях и значительных возможностях для тех, кто использует 3D-печать.

Скорость

3D-печать уже показала, что с ее помощью можно построить дом или здание с нуля за считанные дни. Это значительно более быстрые сроки, чем обычное строительство, которое может занять месяцы и годы, чтобы полностью построить коммерческое здание. По словам Марко Вонка, менеджера по маркетингу в Saint-Gobain Weber Beamix, «вы экономите около 60 % времени на строительной площадке и 80 % на рабочей силе».

Сокращение отходов

В настоящее время во всем мире строительный мусор составляет более 1 миллиарда тонн в год, и, по данным Construction Dive, к 2025 году это число удвоится. Хотя 3D-печать не сможет решить все проблемы строительного мусора. , это может помочь. Во многом это связано с тем, что 3D-печать — это процесс аддитивного производства, в котором используется ровно столько материала, сколько необходимо для создания структуры. В сочетании с другими процессами сокращения отходов и методами строительства, такими как сборные конструкции и бережливое строительство, потенциал безотходного здания кажется все более вероятным.

Свобода дизайна

Одна из замечательных особенностей 3D-печати — это свобода дизайна, которую она предлагает. Архитекторы могут создавать сложные проекты, которые иначе недостижимы, слишком дороги или трудоемки для создания с помощью обычных строительных средств. Это может позволить гораздо больше инноваций и творчества в коммерческом строительстве. Вонк добавляет: «3D-печать бетона позволяет создавать любые формы. Вы можете согнуть его, вы можете сделать углы, вы можете создать практически любую органичную форму, которую захотите, и это точная копия того, что вы нарисовали на бумаге».

Сокращение числа человеческих ошибок

По данным OSHA, каждый день на работе погибает более 5000 рабочих. Поскольку строительство будет более программируемым и автоматизированным, количество травм и смертельных случаев среди рабочих, вероятно, уменьшится, если 3D-печать будет внедрена на строительной площадке.

Проблемы 3D-печати в строительстве

Несмотря на преимущества и потенциал 3D-печати в строительном секторе, существует ряд факторов, которые могут помешать распространению этой технологии. Ниже мы рассмотрим некоторые из этих проблем.

Высокая стоимость

Возможно, самой большой проблемой для широкого внедрения технологии 3D-печати на строительных площадках является высокая стоимость покупки или аренды такого оборудования и логистика, связанная с доставкой этих больших 3D-принтеров на рабочую площадку. 3D-принтеры стоят дорого, и в эти первоначальные затраты не входят материалы или техническое обслуживание. В настоящее время многим профессионалам в области строительства трудно оправдать стоимость 3D-печати преимуществами технологии.

Нехватка рабочей силы

Строительный сектор находится на подъеме, и квалифицированные рабочие пользуются большим спросом. Проблема только в том, что их мало.

Даже принимая во внимание нехватку рабочей силы, 3D-печать требует еще более специфического набора навыков, который должен быть получен от более тонкой и более узкой группы кандидатов. Нехватка рабочей силы в строительстве уже является проблемой, и поиск квалифицированных рабочих для работы в 3D-печати в строительстве может оказаться еще более сложной задачей в будущем.

Контроль качества

Погода уже может замедлить ход строительства, но проблемы с матерью-природой могут быть усилены 3D-печатью. Погода, факторы окружающей среды и многое другое — все это условия, которые могут сделать 3D-печать в коммерческом строительстве скорее провалом, чем бумом. Кроме того, контроль качества в строительстве уже может быть непростым делом. Если не осуществлять постоянный контроль и надзор со стороны реальных людей, качество 3D-печати может оказаться очень дорогим беспорядком.

Правила

Один недостаток, который может не сразу прийти в голову, — это регулирование 3D-печати. Хотя регулирование 3D-печати в последнее время попало в новостной цикл, оно все еще не полностью повлияло на строительную отрасль. Однако существует также ответственность, связанная с использованием принтеров, а не людей для выполнения определенных строительных задач. В настоящее время существует большая неопределенность в отношении этого аспекта 3D-печати в строительстве. Пока законы и правила не будут четко определены, маловероятно, что 3D-печать будет иметь большое значение в строительном секторе.

Многообещающее будущее для 3D в строительстве

Обладает ли 3D-печать в строительстве реальной выносливостью? Судя по тому, что мы видели, перспективы сильны, пока такие компании, как BAM и Saint-Gobain, продолжают внедрять инновации и расширять границы.

В целом потенциал 3D-печати слишком велик, чтобы его игнорировать. Хотя отрасль, возможно, никогда не достигнет точки, когда она будет использоваться исключительно, это только вопрос времени, когда технология будет улучшена и значительно продвинется вперед. В целом, 3D-печать может стать жизнеспособным решением, которое предлагает ключевые преимущества в плане экономии средств и экологичности для будущего нашего здания.

3D-печать для строительства и архитектуры: Полное руководство 2021

Центр обучения 3D