В 3д-строительстве применяются принтеры огромных размеров. Для создания сооружений используют в основном бетон, а также материалы на основе серы, известняка, золы, крупнозернистого заполнителя, медного шлака и глины.
Принцип работы достаточно простой: 3Д-принтеры выдавливают материал послойно, по заданной трехмерной компьютерной модели, и после застывания раствора получается полноценное сооружение, которое отличается своей высокой прочностью.
Краткая история и развитие технологии
Если коротко, про аддитивную технологию 3д-печати домов, можно сказать, что строительные 3D-принтеры очень похожи на классические FDM принтеры, печатающие пластиком, только вместо пластика в качестве материала здесь выступает цементная смесь, которая подается напрямую в сопло и формирует объект путем послойного наложения. Принтеры также бывают портальными, на базе вылетной стрелы, с роборукой.
Первый в мире объект, был напечатан бетоном на строительной площадке в США, его создал Андрей Руденко. А самое большое в мире здание, изготовленное при помощи 3д-принтера расположено в Дубае. Это двухэтажный офис, который удалось напечатать за 21 день. Высота постройки достигает 9,5 метров, общая площадь – примерно 6400 квадратных метров.
Первый в России и Европе дом, напечатанный на 3д-принтере, появился в подмосковном Ступине в 2017 году. Это совместный проект компании Apis Cor и еще шести российских компаний. На 3д-печать ушло всего 24 часа. После завершения, дом стал выставочным объектом.
Преимущества 3D-печати домов
Снижение затрат
Экономия на строительных материалах
Основным материалом для печати является бетон. Для печати используют мелкозернистые смеси, которые отличаются от традиционного бетона. Каждая компания разрабатывает свою рецептуру, которая соответствует устройству принтера и его сопла, а также специфике целевых изделий. Самые важные параметры бетона для 3д-принтера это:
- прочность;
- скорость набора прочности;
- пластичность.
Необходимая прочность бетона подбирается регулированием состава смеси, то есть количества цемента и качества заполнителей, а также добавками пластификаторов. Пластифицирующие вещества значительно меняет подвижность бетонной смеси и уменьшают водоцементное отношение, что повышает прочность бетона.
Снижение трудозатрат и времени на строительство
Существенное сокращение времени на строительство происходит без дополнительного увеличения стоимости. Всего за небольшое количество часов этим способом можно возвести конструкцию высотой до 6 метров.
Работы выполняются в автоматическом режиме. Однако, ручной труд может потребоваться, но его объём намного меньше, чем при применении традиционных методов строительства. Он необходим для постройки крыши, выполнения отделки и прокладки коммуникаций.
Использование специализированных строительных материалов
Как правило, в 3Д-принтерах для строительства используется модифицированный бетон. Но не классический, а специальный (со специальными присадками, пластификаторами, часто с армирующими элементами). В результате чего получается пластичная смесь с высокой степенью однородности, которая при этом быстро застывает и набирает прочность.
3D-принтеры различных производителей для строительства домов используют разные смесевые составы. Это связано с тем, что разработчики оборудования подбирают состав строительной смеси так, чтобы она не забивала сопло, не налипала на него и выходила аккуратной, однородной массой без образования пузырей и других различных дефектов. А поскольку и экструдеры, и сопла, у производителей уникальны, это сказывается и на смесях.
Вторым по популярности типом строительного состава являются различные смеси на основе глины. Их используют по двум причинам:
1. они считаются более экологичными;
2. они доступнее по цене.
Кроме глины, для печати также используют смеси с землей, золой, соломой, что в свою очередь позволяет строить дома фактически из мусора или того, что можно добыть своими силами на участке.
Экологические аспекты
Уменьшение строительных отходов
Строительная отрасль на сегодняшний день является лидером по выбросам CO2, а также по количеству мусора, который остается после каждой стройки. Строительная 3д-печать снижает объемы использованных материалов, и, как следствие, сокращает выбросы CO2 при их производстве. Стоит отметить, что 3д-принтер работает тихо, поэтому можно будет забыть о шумных стройках.
Сейчас компании также разрабатывают для печати эко-бетон с добавлением полимеров. При производстве эко-бетона выбросы CO2 снижаются от 30% до 100%.
Недостатки 3D-печати домов
Наиболее распространенными недостатками технологии 3д-печати являются:
1. Не все части сооружения могут быть напечатаны на 3д-принтере. Например, это относится к возведению крыши. Также на сегодняшний день отсутствует опыт возведения многоэтажных зданий. До сих пор 3д-строительство применялось для создания небольших строений.
2. Использование технологии 3д-печати домов может быть ограничено климатическими условиями, так как процесс строительства возможен только при условии, что температура воздуха не опускается ниже 15 градусов выше нуля. Печатать нельзя также и при неблагоприятных погодных условиях. В холодное время вокруг стройки могут устанавливать купол для поддержания уровня температуры и влажности, защиты от осадков и ветра.
3. Высокая цена 3D-принтера. Она может достигать нескольких млн. долларов. Для небольших организаций и временных проектов такая стоимость может быть неподъемной.
4. Сложности с нормативными требованиями и строительными стандартами. Строительство зданий методом 3Д-печати в РФ на сегодняшний день не регламентировано законодательством. И как следствие, препятствием к расширению сфер применение является именно отсутствие стандартов проведения таких работ.
Ограниченные масштабы и размеры
Ограничения на размеры и масштаб строений
Действие принтера ограничено той площадкой, на которой он установлен. Отделку и остальные внутренние работы, включая устройство инженерных сетей, все равно нужно делать по традиционным технологиям.
На сегодняшний день технология не позволяет создать полноценный функциональный дом. Напечатать можно только каркас, стены или крышу, а окна и коммуникации нужно устанавливать отдельно. И печатаются в основном малоэтажные здания, можно только представить, насколько должен быть большим принтер для строительства многоэтажки.
Важно отметить и ограниченность использования материалов в таком строительстве. 3D-принтеры хоть и могут выполнить сложный футуристичный дизайн дома, но выбор материалов будет небольшой.
Текущие достижения и будущее технологии
При примерно подсчете можно сказать, что суммарная экономия на строительстве методом 3д-печати может достигать 30%, а общая стоимость дома может быть снижена на 10%.
Сферы применения строительства с использованием 3д-печати
При помощи 3Д-печати возможно быстро и недорого возводить дома, имеющие один или два этажа. 3д-печать даёт возможность построить большое количество малобюджетных зданий за короткое время. Например, это может быть востребовано для обустройства тех, кто пострадал от стихийных бедствий и потерял своё жильё. Таким образом можно сделать вывод, что выгоднее строить небольшие строения разного рода. К примеру, это могут быть объекты паркового использования:
- скамейки;
- столы;
- декоративные уменьшенные модели зданий.
Объёмная печать зданий эффективна при возведении сооружений вспомогательного или хозяйственного назначения (гаражей, сараев и других).
Принтер для 3д-печати
Оборудование для 3д-печати в строительстве должно содержать следующие элементы:
1. Экструдер (печатающая головка).
2. Поверхность для работы, на которой формируется создаваемая форма. При работе со строительными принтерами эту роль выполняет участок земли, на котором строят дом.
3. Шаговый или линейный двигатели перемещают печатающую головку принтера на точное определённое место, в соответствии с используемой цифровой 3д-моделью.
4. Фиксаторы (другими словами – датчики) определяют точные координаты, которые соответствуют положению интрудера.
5. И рама, которая является основой, и на которой установлены все элементы 3d- принтера.
Заключение
3д-печать всё прочнее входит в нашу жизнь, превращаясь из узконаправленной и дорогой услуги в незаменимого помощника для профессионалов различных сфер деятельности. Доступность 3D-печати позволяет проводить смелые эксперименты в архитектуре, строительстве, мелкосерийном производстве, медицине, образовании, ювелирном деле, полиграфии, изготовлении рекламной и сувенирной продукции.
Распространенное использование технологий 3д-печати в строительстве является лишь вопросом времени. Аддитивные технологии дают возможность быстро и с минимальными затратами возводить дома и сооружения. Это может быть актуально и востребовано в странах с большой численностью населения и недостатком жилья. Строительная 3D-печать может применяться также в местах с частым возникновением стихийных бедствий, поскольку возводить дома и временные убежища можно будет за считанные часы.
В обозримом будущем следующим шагом будет применение полностью автоматизированных процессов, где роботы выполняют всю работу без участия человека. А прогресс в разработке бетонных смесей позволит не только подбирать готовые составы под конкретные условия и задачи, но и использовать в качестве сырья отходы строительства и местные материалы: сено, почву, песок и так далее, потребуется лишь связующее вещество. Применение в бетонных растворах минеральных добавок также поможет поддержать экологию планеты, ведь уменьшенное потребление цемента поможет снизить выброс углекислого газа в атмосферу.
Компания Cybercom работает с различными областями аддитивных технологий и предлагает широкий спектр услуг по 3Д-печати. Рассчитать стоимость и сроки выполнения работ, а также получить консультацию об условиях выполнения технического задания и поставленных задач Вы можете, обратившись к нам по телефону +7 (495) 620-58-78 или по электронной почте. Контакты представлены на нашем сайте. Мы находимся в г. Москве. Работаем с 09:00 до 19:00 с понедельника по пятницу.
