Строительство с помощью 3d принтера: В России начали строить дома с помощью принтеров

принтеры для возведения домов, самые важные новости о технологии

В Ставрополе студенты создали дом с помощью гигантского 3D-принтера

02 декабря 2022
16:33

Юлия Рудый

Студенты, работавшие над проектом, продолжат трудиться в компании, выступившей индустриальным партнёром инновационного проекта.

Фото СКФУ.

В Ставрополе студенты построили первый одноэтажный дом с помощью строительного 3D-принтера. В этом им помогала команда разработчиков из числа конструкторов завода строительного оборудования.

Опробовали инновационную технологию строительства дома студенты Инженерного факультета Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ).

3D-принтер конструировала компания, создающая строительное оборудование. Однако учащихся СКФУ также пригласили участвовать в разработке.

«Я работал над конструкцией принтера, созданием 3D-моделей, чертежей и последующей эксплуатацией разработки», – рассказал студент Инженерного института СКФУ Алексей Носенко.

В качестве материала для печати использовался модифицированный мелкозернистый бетон. «Печать» представляет собой послойное нанесение строительной смеси по заданной трёхмерной компьютерной модели.

Строительный 3D-принтер позволяет возводить дома, здания и другие сооружения быстрее. За счёт применения аддитивных технологий (послойного наращивания) срок возведения здания сокращается до нескольких дней. Как отмечают создатели технологии, дом площадью 100 квадратных метров возводится за 36 часов.

Кроме того, такая технология порождает меньше строительного мусора, а каждый квадратный метр нового помещения обходится застройщику в меньшую сумму.

«Перед тем, как начать строительство первого одноэтажного дома, мы сделали два единообразных проекта. Один дом мы построили классическим способом, а другой – аддитивным методом, при помощи принтера. Мы убедились, что второй способ работы намного выгоднее и быстрее – экономия получилась 36%», – рассказал директор предприятия-партнёра СКФУ Дмитрий Москвитин.

Сотрудничество федерального университета и завода строительного оборудования заняло два года: столько суммарно заняла работа над проектом от идеи до первого возведённого здания.

Получив необходимые знания в данной инновационной области, многие студенты затем продолжили работу в компании.

На данный момент методом 3D-печати возводится уже двухэтажное здание. Как сообщается, за три рабочих дня, с учётом погодных условий, удалось построить весь первый этаж.

«Сейчас мы занимаемся непосредственно строительном зданий, жилых помещений, складов, которые будут сдаваться людям и выполнять свою прямую функцию», – рассказал Алексей Носенко.

Тем временем СКФУ планирует открыть новый научно-образовательный центр аддитивных технологий.

В нём студенты и их наставники будут изучать и улучшать бетонные смеси, разрабатывать специальное программное обеспечение и промышленные контроллеры. Также необходимо создавать и отрабатывать новые методы проектирования зданий и строительных конструкций, адаптированные конкретно под строительную 3D-печать.

Ранее мы рассказывали о том, как российские инженеры создают устройства для печати больших элементов кузова автомобиля из углепластика, и о том, как осы вдохновили учёных на печать домов из грязи и глины.

Больше новостей из мира науки и медицины вы найдёте в разделах «Наука» и «Медицина» на медиаплатформе «Смотрим».

наука
технология
строительство
будущее
бетон
3D-печать
новости
Россия

Ранее по теме

• Изделие из сплава стали и бронзы создали с помощью 3D-печати в Сколтехе

• Изобретены невидимые QR-коды

• 3D-печать «кровью человека» ускорила заживление глубоких ран

• В Техасе появится огромный квартал из домов, напечатанных на 3D-принтере

• Китайский стартап напечатал на 3D-принтере мясо чёрных свиней

• Редчайший вид говядины впервые создан с помощью 3D-печати

Руководство по 3D-печати: строительные материалы и ресурсы

Технология 3D-печати оказала революционное влияние на предприятия по всему миру. Это позволяет предприятиям быстро разрабатывать модели и прототипы, ускоряя их способность тестировать и настраивать новые продукты. Это также упрощает и удешевляет производство деталей и компонентов, обеспечивающих работу важных механизмов, таких как медицинское испытательное и диагностическое оборудование.

Как отрасль, 3D-печать готова к росту. В отчете, проведенном Grand View Research, прогнозируется совокупный годовой темп роста (CAGR) рынка 3D-печати в период с 2022 по 2030 год на уровне 20,8%, при этом ожидается, что количество 3D-принтеров, используемых во всем мире, увеличится с 2,2 миллиона единиц до 21,5 миллиона единиц.

Одним из самых захватывающих применений технологии 3D-печати является строительство. В настоящее время 3D-печать используется для строительства целых домов, офисных зданий и других сооружений. Здания, напечатанные на 3D-принтере, могут иметь площадь в несколько тысяч квадратных футов и несколько этажей, и их можно построить с меньшими затратами и меньшим количеством отходов, чем здания, построенные традиционным способом.

Для инженеров-строителей здания, напечатанные на 3D-принтере, представляют собой одну из самых важных тенденций в области строительства и дизайна. Как NFPA Journal отмечает, что эти здания могут обеспечить не только решение кризиса доступного жилья, но и потенциальный способ сделать пространство пригодным для проживания людей. Из-за таких инноваций, меняющих парадигму, начинающие инженеры, которые хотят узнать, чем занимаются инженеры-строители, должны ознакомиться с 3D-печатью и ее влиянием на инженерное дело.

Это руководство по 3D-печати содержит исчерпывающую информацию о зданиях, напечатанных на 3D-принтере, включая необходимые материалы, важные инженерные соображения и сопутствующие ресурсы.

Что такое 3D-печать?

Промышленная 3D-печать — это производственный процесс, при котором физические материалы и объекты создаются на основе цифрового плана или дизайна. В нем используется крупномасштабное оборудование, в которое инженер вводит планы этажей и проекты зданий. Затем в машину подается бетон и другие строительные материалы. Затем выдвижная рука или сопло наносит смесь строительных материалов тонкими слоями под управлением программного обеспечения. Затем все здание или конструкция изготавливается (или «печатается») в соответствии со спецификациями инженера, по одному слою за раз. Хотя методы различаются, многие методы 3D-печати требуют от рабочих очень мало дополнительной сборки.

Преимущества 3D-печати

Здания, напечатанные на 3D-принтере, имеют ряд преимуществ:

• 3D-печать обеспечивает точное использование строительных материалов; отходов нет, так как принтер может точно вводить строительные материалы по чертежу.
• Как из-за того, что отходов материала так мало, так и из-за того, что для сборки конструкции требуется меньше людей, здания, напечатанные на 3D-принтере, могут быть очень рентабельными. Некоторым строителям удалось построить дома примерно за 4000 долларов, что указывает на потенциальные варианты недорогого жилья.
• Меньшее количество отходов материалов и более короткие сроки строительства также означают, что здания, напечатанные на 3D-принтере, оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем более традиционные здания.

Технологии 3D-печати

Для производства 3D-печатных материалов и концепций можно использовать ряд конкретных технологий. Изготовление плавленых нитей, или FFF, представляет собой метод 3D-печати, в котором используется непрерывная нить из термопластичного материала. Иногда его называют моделированием наплавленного осаждения (FDM).

Альтернативным методом 3D-печати является стереолитография (SLA), при которой модели, структуры и узоры строятся слой за слоем с помощью фотохимического процесса, в котором используется свет для превращения жидкой смолы в затвердевший пластик.

Индивидуальная настройка по требованию

Чтобы полностью понять различные области применения 3D-печати, важно отметить, насколько легко инженерам настраивать, корректировать или модифицировать модель, просто используя программное обеспечение. Затем технология 3D-печати может точно отразить эти изменения. Это позволяет настраивать по требованию, поскольку производство может быть адаптировано с очень небольшим временем выполнения заказа или с дополнительной неэффективностью.

Узнайте больше о 3D-печати

Для получения дополнительной информации о технологии 3D-печати могут быть полезны следующие ресурсы:

• Интересное проектирование, «Ваш будущий дом, вероятно, будет напечатан на 3D-принтере: как 3D-печать меняет строительную отрасль». Узнайте о некоторых тенденциях, формирующих 3D-печать и повышающих ее жизнеспособность в строительной отрасли.
• объясните, что Stuff, «3D-принтеры». Узнайте, как работает базовая технология 3D-печати.
• ResearchGate, «3D-принтер на основе технологии изготовления плавленых нитей (FFF) и его конструкция: обзор». Изучите механизм и функции FFF в этом научном журнале.
• FormLabs, «Руководство по стереолитографии (SLA) 3D-печати в 2020 году». Подробное руководство о том, как работает технология печати SLA.

Какой материал используется для 3D-печати?

Применение 3D-печати в строительстве и технике разнообразно. 3D-печать использовалась для создания зданий всех типов и уровней сложности, от домов на одну семью до многоэтажных офисных зданий и мостов. Эти конструкции должны быть такими же прочными, как и традиционные строительные проекты, а это означает, что материалы, используемые для создания 3D-печатных структур, должны быть надежными.

Типы материалов

Хотя здания, напечатанные на 3D-принтере, могут быть изготовлены из различных компонентов, наиболее распространенный метод включает смесь бетона, волокна, песка и геополимеров. Это различное сырье тщательно смешивается в большом «бункере», после чего его можно подавать в экструзионный аппарат и формировать слоями правильные формы и узоры. Также были случаи, когда дома печатались на 3D-принтере из полностью биоразлагаемых материалов, включая грязь, почву, солому и рисовую шелуху.

Недавнее здание

В последнее время 3D-строительная промышленность пережила несколько важных вех. В начале 2020 года в Дубае было построено самое большое в мире здание, напечатанное на 3D-принтере. Это административно-офисное здание площадью более 6 900 квадратных футов. Тем временем российская компания Apis Cor разработала новые методы строительства домов на одну семью с помощью 3D-печати менее чем за 24 часа даже в экстремальных погодных условиях.

Узнайте больше о зданиях, напечатанных на 3D-принтере

Некоторые дополнительные ресурсы, связанные со зданиями, напечатанными на 3D-принтере, включают:

• TechRadar, «Это самый большой в мире дом, напечатанный на 3D-принтере». Посмотрите удивительный пример технологии 3D-печати в действии.
• 3DSourced, «12 самых захватывающих 3D-печатных домов 2022 года». Просмотрите несколько дополнительных примеров конструкций, напечатанных на 3D-принтере.
• 3DRific, «5 материалов, из которых сделаны дома, напечатанные на 3D-принтере». Узнайте больше о некоторых материалах, используемых в 3D-печатных зданиях.

Проблемы 3D-печати зданий

Хотя 3D-печать предоставляет инженерам-строителям ряд возможностей, она также сопряжена с проблемами. В частности, инженеры могут столкнуться с препятствиями, связанными с обитаемостью конструкции, целостностью материалов и ограничениями оборудования.

Структурная обитаемость

Одна из давних проблем, связанных с 3D-печатью зданий, заключается в том, что технологии 3D-печати самой по себе недостаточно, чтобы сделать здания пригодными для жилья. Хотя 3D-принтеры могут изготавливать стены и рамы, они исторически уступали с точки зрения обеспечения качества жизни, таких как инфраструктура для водопровода и электричества, не говоря уже об ОВКВ.

В последние годы технология 3D-печати достигла определенных успехов, разрабатываются новые методы печати некоторых основных электрических и сантехнических компонентов. Кроме того, инженеры могут проектировать дома таким образом, чтобы базовые конструкции, напечатанные на 3D-принтере, можно было легко дооснастить традиционными трубами, проводкой и воздуховодами.

Целостность материала

Еще более серьезным недостатком является то, что напечатанные на 3D-принтере конструкции при испытаниях обычно оказываются менее прочными и крепкими, чем более традиционные здания. Это связано с тем, что материалы, используемые в зданиях, напечатанных на 3D-принтере, со временем разрушаются и теряют часть своей структурной целостности.

Инженеры уже давно работают над новыми методами обработки материалов, которые могут выдержать строгие испытания и соответствовать всем применимым строительным нормам безопасности. В этом отношении уже достигнуто много успехов, включая очистку существующих бетонных и полимерных смесей и включение биоразлагаемых материалов.

Ограничения оборудования

Следует также отметить, что, хотя 3D-принтеры прошли долгий путь, само оборудование все еще имеет ограничения. Хотя одно из больших обещаний 3D-принтеров заключается в том, что они могут выполнять работу многих машин одновременно, реальность такова, что многие 3D-принтеры ограничены в своей функциональности. Это означает, что они могут создавать большие структуры, но не обязательно сложные или детализированные.

Одной из основных целей индустрии 3D-печати сегодня является внедрение новых эффективных и недорогих методов строительства, которые также обеспечивают более широкий диапазон точности и функциональности. Такие компании, как WinSun в Китае, привлекли внимание своей удивительной производительностью (включая возможность построить 10 домов в день, при этом каждый дом стоит около 4800 долларов), хотя еще предстоит выяснить, насколько долговечны эти здания на самом деле.

Узнайте больше о потенциальных проблемах

Для получения дополнительной информации см.:

• Architizer, «Архитекторы: вот проблема со зданиями, напечатанными на 3D-принтере». В этом мнении излагаются некоторые из сохраняющихся опасений по поводу строительства с помощью 3D-печати.
• Construction World, «3D-печать: 8 основных изменений в строительстве». В этой части указываются периферийные проблемы 3D-печати, которые выходят за рамки процесса 3D-печати, такие как сокращение рабочей силы и снижение спроса на сырье, традиционные материалы.

Другие решения, предлагаемые 3D-печатью

Хотя 3D-печать долгое время считалась потенциальным решением глобального жилищного кризиса, это лишь верхушка айсберга того, на что способна эта технология. Возможность быстро и недорого создавать модели, продукты или шаблоны уже доказала свою полезность в ответ на неожиданные катастрофы.

Важные области применения 3D-печати

Для доказательства того, как 3D-печать может спасти жизнь в условиях кризиса, рассмотрим некоторые способы ее применения во время пандемии COVID-19.пандемия:

• Технология 3D-печати использовалась для быстрого изготовления клапанов искусственной вентиляции легких для нуждающихся больниц, что позволяет им продолжать предлагать услуги жизнеобеспечения пациентам в критическом состоянии. По данным BBC, в одной больнице в Италии за 24 часа было изготовлено более 100 спасательных клапанов.

3D-принтеры

• также использовались для создания средств индивидуальной защиты (СИЗ) для медицинских работников, таких как лицевые щитки, в районах, где такое оборудование стало дефицитом. В отчете CNN отмечается, что на пике пандемии компании, занимающиеся 3D-печатью, еженедельно поставляли больницам тысячи лицевых щитков, что позволяло медицинским работникам принимать необходимые меры предосторожности.

По данным BioSpace, 3D-печать

• также использовалась для изготовления тампонов, необходимых для тестирования на COVID-19.
• 3D-печать сыграла значительную роль, помогая больницам создавать новое медицинское оборудование или ремонтировать поврежденное оборудование.

Будущее зданий, напечатанных на 3D-принтере

Строительная отрасль готова к инновациям, несмотря на то, что она продолжает сталкиваться с давними проблемами. Традиционные методы строительства могут быть расточительными, трудоемкими, дорогими и опасными для окружающей среды. Благодаря точности, скорости и надежности 3D-печати у инженеров-строителей есть ряд возможностей исправить эти проблемы и потенциально сделать проектирование и строительство жилых построек более простым и доступным.

Когда речь заходит о будущем трехмерных зданий, даже небо не может быть пределом. НАСА и Европейское космическое агентство начали мозговой штурм по использованию технологии 3D-строительства для создания обитаемых зданий в космосе или даже марсианских колоний. Учитывая инновации последнего десятилетия, возможности этой передовой технологии безграничны.

Дополнительное чтение

Что такое строительство? Изучение требований к карьере, заработной плате и образованию

Ресурсы по гражданскому строительству и руководство по карьере

Ресурсы:

Construction Placements, «Как 3D-печать революционизирует строительную отрасль»

DW, «Будет ли 3D-печать в строительстве домов будущего?»

Engineering.com, «3D-печать в строительстве: больше, чем раздутые обещания и неудовлетворительные результаты?»

Международный журнал исследований в области строительства и строительства, «3D-печать в строительстве: преимущества и проблемы»

НАСА, НАСА планирует усовершенствовать строительные системы для 3D-печати на Луне и Марсе

NPR, «Один из способов помочь нуждающимся больницам? Печать средств индивидуальной защиты с использованием 3D-принтеров»

PC Mag, «3D-печать: что вам нужно знать»

Statista, Объем мирового рынка 3D-печати с 2013 по 2021 год

Сегодня, «Компании, использующие 3D-печать для строительства домов с Время за полцены»

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, «3D-печать медицинских устройств, аксессуаров, компонентов и деталей во время пандемии COVID-19». Пандемия»

ZDNet, «Коронавирус и 3D-печать: как производители делают все возможное, чтобы поставлять жизненно важные медицинские наборы»

Архитекторы: вот проблема со зданиями, напечатанными на 3D-принтере

Национальная лаборатория Ок-Ридж, в том же месте, bomb, недавно изготовила маленькую белую конструкцию с прикрепленным к ней транспортным средством, которая, по ее словам, демонстрирует будущее строительства. И конструкция, и транспортное средство напечатаны на 3D-принтере с помощью увеличенных версий тех же настольных машин, которые стали популярны среди «производителей» по всему миру. Строительные принтеры работают так же, как и их меньшие собратья, нанося тонкие слои материала поверх предыдущих слоев, пока форма не будет готова.

AMIE, Ок-Ридж, Теннесси; Фото предоставлено SOM

Идея о том, что здания можно печатать одним нажатием кнопки, взбудоражила всех, от причудливых изобретателей, строящих деревню в Италии, до генерального директора Alphabet, одной из крупнейших компаний в мире. Дизайнеры создали множество привлекательных печатных структур, используя гибкость техники для создания экзотических форм из пластика, бетона, металла или даже соли. Картинки выглядят красиво, а 3D-печать, естественно, имеет футуристическую ауру из «Джетсонов» или «Звездного пути». Евангелисты утверждают, что это ответ на мировой жилищный и экологический кризисы, поскольку типографии будут создавать дешевое жилье практически без отходов.

Проблема вот в чем: никому не удалось успешно совершить скачок от печати художественного павильона к печати функционального здания, и до сих пор не ясно, собирается ли технология спасти мир или станет еще одним декоративным примечанием к архитектуре. история.

Saltygloo от Emerging Objects, Беркли, Калифорния; фото предоставлено Emerging Objects

3D-печать существует с 1980-х годов. Технологи разработали процесс, более официально известный как аддитивное производство, в качестве альтернативы другим методам промышленного производства, таким как экструзия и литье, и он оказался эффективным и действенным способом изготовления особенно сложных механических деталей, таких как ветряные турбины.

Но обычные здания не изготавливаются путем экструзии, литья или какого-либо другого производственного процесса; они представляют собой совокупность десятков различных технологий, от монолитного бетона до точечной сварки стальных профилей и многослойного стекла. Как один процесс может заменить десятки других, которые мы сейчас используем? Да, это часть обещания 3D-печати — она достаточно универсальна, чтобы выполнять работу нескольких машин — но современные напечатанные здания либо минимально функциональны, либо великолепны, павильоны или дома, которые в основном представляют собой глупые печатные коробки с традиционными безделушками. пристегнут.

Обещание печатных зданий еще не реализовано, но если оно произойдет, оно, вероятно, будет исходить из одного из этих трех источников:

Вилла WinSun, Китай; фото любезно предоставлено 3DPrint.com

WinSun

По какой-то причине единственные напечатанные здания, которые выглядят отдаленно пригодными для жилья, были построены китайскими компаниями. Но только потому, что они выглядят обитаемыми, не означает, что они таковыми являются. В этих домах никто не живет, и когда вы подходите достаточно близко, они действительно не похожи на то место, в котором вы хотели бы жить, если только вы не любите шик жуткой пещеры. WinSun утверждает, что печатает по 10 домов в день и имеет контракты с Саудовской Аравией и Египтом на строительство тысяч таких зданий.

Однако для скептицизма есть серьезные основания: WinSun отказывается позволить наблюдателям увидеть свое печатающее устройство, и ни одно из зданий, похоже, не занято. Также неясно, сколько напечатано на 3D-принтере; фотографии показывают печатные стены, но не более того. Если его утверждения верны, методы WinSun могли бы заменить строительство на основе шлакоблоков, распространенное во всем мире, но без большей прозрачности трудно рассматривать их как нечто большее, чем рекламный ход.

Office of the Future by Gensler, Дубай, Объединенные Арабские Эмираты; фото предоставлено Inhabitat

Дубай

Дубай хочет стать мировым центром 3D-печати. Почему непонятно; возможно, потому что это все о будущем! Или что-то в этом роде… У Объединенных Арабских Эмиратов есть история грандиозных, футуристических, неудачных архитектурных экспериментов (см. Масдар), но у них также есть много денег и политической воли, которые можно потратить на развитие жизнеспособной промышленной ниши в постнефтяном мире. Итак, кто знает? Возможно, к 2030 году они напечатают 25 процентов своих зданий, как они утверждают. Случались и странные вещи — например, сонный захолустный порт в пустыне внезапно превращается в одну из самых богатых стран мира — и Дубай нанял Gensler и WinSun, китайского мирового лидера в области 3D-печати.

Вместе они построили первое в мире печатное офисное здание, и оно выглядит довольно мило. Может быть, эта штука сработает. Но в стране небоскребов трудно понять, как технология, производящая капсулы скромных размеров, сможет удовлетворить спрос. Даже если капсулы каким-то образом сложены вместе, они, вероятно, столкнутся с теми же проблемами, с которыми столкнулись традиционные модульные высотные здания. Опять же, есть много ажиотажа, который ничем не подкреплен, кроме нескольких модельных структур.

Lunar Habitation от Foster + Partners; изображение предоставлено Foster + Partners

НАСА и ЕКА

НАСА и Европейское космическое агентство имеют одни из самых амбициозных планов: печать на Луне! И Марс! НАСА в настоящее время находится во втором раунде архитектурного конкурса на проектирование марсианской колонии, построенного на основе первого раунда, где победитель предложил купол, напечатанный из марсианского льда. ЕКА также делает ставку на печать своей лунной колонии, работая с Foster + Partners над проектированием структуры, которую можно было бы построить из реголита или лунного камня.

Преимущества здесь очевидны: вместо того, чтобы доставлять строительные материалы с Земли, печатные здания могут использовать местные материалы в качестве основы. Все, что нужно будет транспортировать, — это печатающее устройство, которое значительно сэкономит, если учесть, насколько головной болью является перемещение вещей между планетами.