Хотя такой метод строительства на сегодняшний день остается достаточно экспериментальным: всего несколько прототипов 3д жилых домов и офисных зданий были реализованы по всему миру. Тем не менее, на сегодняшний день данная технология представляет собой потенциально мощное средство для революции в строительной отрасли.
Из истории
В строительстве 3д печать представляет собой технологию, которая использует как 3д-принтеры с роботизированными "кран-руками" для прямого строительства на месте, так и создание отдельных элементов на заводе, которые затем собираются на строительной площадке.
Развитие печати 3Д в отрасли строительства
Технологии 3d печати появились впервые в 1980-х годах. Однако за последние десятилетия технология строительства с помощью 3d печати усовершенствовалась и стала более доступной, а это привело к её широчайшему распространению.
Принцип работы принтеров 3д в строительстве схож с работой обычных устройств для печати в офисе. ПО сообщает принтеру размеры и форму конечного продукта, после чего принтер начинает наносить материалы на платформу в соответствии с заданным планом. В конструкциях могут использоваться различные материалы, такие как металлы жидкие, цемент, пластик и их вариации, которые затвердевают и формируют конструкцию по мере осаждения слоями.
Как работает печать 3Д в строительстве?
Обзор технологий печати 3Д
3д печать в строительстве использует несколько ключевых технологий, каждая из которых имеет свои уникальные особенности и преимущества. Рассмотрим каждую подробнее.
FDM в строительстве
Это метод, при котором пластиковая или композитная нить нагревается и экструдируется через сопло, создавая слои, которые постепенно формируют объект. В строительстве FDM используется для создания прочных и долговечных элементов, таких как стены и колонны. Этот метод особенно популярен благодаря своей простоте и доступности материалов.
SLS и его применение
Это технология, при которой лазер применяется для спекания материалов порошкового типа, таких как металл или пластик, в слои. SLS принтер может создавать сложные формы геометрические и структуры с высокой точностью. В строительстве эта технология применяется для создания деталей с высокой точностью, таких как соединительные элементы и декоративные компоненты.
SLA в архитектуре
Технология использует лазер ультрафиолетовый для отверждения фотополимерной смолы, слой за слоем создавая объект. В архитектуре SLA применяется для создания высокодетализированных моделей зданий и архитектурных элементов. Этот метод позволяет архитекторам визуализировать свои проекты с высокой степенью детализации и точности.
Процесс 3D печати зданий
Процесс 3D печати зданий начинается с создания цифровой модели будущего сооружения. Затем модель разбивается на слои, которые будут напечатаны один за другим. 3D принтер, использующий одну из описанных технологий, начинает печатать слои, постепенно формируя здание или его элементы.
Материалы, применяемые в процессе печати 3д, могут включать бетон, пластик, композиты и металлы, в зависимости от выбранной технологии и требований проекта. Принтеры могут быть установлены на строительной площадке или использоваться для печати модулей в заводских условиях, которые затем собираются на месте.
Основные строительные 3D-принтеры
Перечень ведущих брендов и их особенности
В сфере строительной 3д-печати существует несколько ведущих компаний, которые разработали передовые технологии и оборудование для создания зданий и инфраструктурных объектов.
Contour Crafting и их вклад в строительство
Contour Crafting – это инновационная технология, разработанная профессором из Южной Калифорнии. Компания специализируется на создании крупномасштабных 3D-принтеров. Они выпускают принтеры, которые способны строить здания из бетонных материалов. Основные преимущества технологии Contour Crafting: скорость строительства, значительное сокращение затрат на труд и материалы, возможность создания сложных форм архитектурных.
Аpis Cоr: инновации в быстром строительстве
Аpis Cоr – компания, известная своими мобильными 3D-принтерами, способными возводить дома непосредственно на строительной площадке. Основные характеристики принтеров Apis Cor:
-
Мобильность: оборудование можно быстро развернуть и настроить на любом строительном объекте;
-
Скорость: строительство одноэтажного дома занимает менее суток;
-
Материалы: использование специальных бетонных смесей, обеспечивающих прочность и долговечность построек.
WINSUN и масштабное строительство
WINSUN – китайская компания, известная своими крупномасштабными проектами в области 3D-печати. WINSUN использует собственные 3D-принтеры для создания зданий и инфраструктурных объектов. Ключевые особенности технологий WINSUN:
-
Масштабность. Возможность строительства многоэтажных зданий и крупных инфраструктурных объектов.
-
Экологичность. Использование переработанных материалов для создания строительных смесей.
-
Экономия ресурсов. Снижение отходов и уменьшение затрат на строительство.
Материалы для 3D печати в строительстве
Традиционные и инновационные строительные материалы
Бетонные смеси
С помощью бетонных смесей 3d печать в строительстве используется в 3D печати для создания структур и элементов строений. Инновации включают разработку специальных бетонных смесей, которые обеспечивают высокую прочность и точность формы.
Композитные материалы
Используются для улучшения прочности и легкости конструкций, создаваемых с помощью 3d принтера.
Биоразлагаемые материалы
Биоразлагаемые материалы становятся всё более популярными в строительстве благодаря своей экологической дружественности. Они могут включать в себя биопластик и другие материалы, разлагающиеся в природе без нанесения ущерба окружению.
Применение печати 3Д в строительстве
Революция в создании прототипов и моделей
3D печать в строительстве трансформирует процесс создания прототипов и моделей в строительстве. Она позволяет архитекторам, инженерам и дизайнерам быстро и точно воплощать свои идеи в физической форме. Данные технологии в строительстве сокращают время на разработку и дают возможность более глубоко исследовать различные варианты проектов до начала фактического строительства.
Индивидуализированное и массовое строительство
Строительная 3d печать открывает новые горизонты как для индивидуализированного, так и для массового строительства. С её помощью можно создавать уникальные архитектурные формы и дизайны. В то же время, она позволяет эффективно и экономически строить серийные объекты, такие как жилые комплексы или коммерческие здания.
Возможности для гражданского и коммерческого строительства
С помощью строительной 3d печати может быть ускорен процесс возвода домов и других жилых объектов, снизить затраты и повысить устойчивость конструкций. В коммерческом строительстве она предоставляет возможность быстро возводить временные и постоянные структуры, такие как офисы, ТРЦ и склады, а это особенно важно в условиях быстро меняющегося рынка и бизнес-окружения.
Преимущества и недостатки строительства 3Д
Ускорение процессов и снижение затрат
В настоящее время с помощью методов 3d печати можно значительно ускорить процессы строительства за счет возможности создания сложных геометрических форм и конструкций одним непрерывным процессом. Таким образом, можно существенно сократить время строительства объектов для строительной компании.
Но начальные инвестиции в оборудование для 3D печати и высокая стоимость материалов могут быть значительными, что может повлиять на общие затраты на проект. Кроме того, требуется обучение специалистов для работы с новыми технологиями, а это также может увеличить начальные расходы.
Экологические аспекты и устойчивость
Основные аспекты:
-
3D-печать позволяет использовать материалы с высокой точностью, а это уменьшает количество строительных отходов и снижает нагрузку на полигоны для отходов.
-
Использование устойчивых материалов. Возможность печати домов с использованием экологически чистых и перерабатываемых материалов способствует уменьшению негативного воздействия на окружение.
-
Снижение транспортных выбросов. Строительный принтер позволяет совершать печать прямо на месте установки, а это уменьшает потребность в транспортировке материалов. Это в свою очередь снижает выбросы углекислого газа и других загрязняющих веществ.
-
Энергоэффективность. 3D-строительство может способствовать созданию более энергоэффективных зданий за счет точного контроля процесса строительства домов и использования изоляционных материалов.
Инновационные примеры печати 3Д в строительстве
Обзор ключевых проектов и их влияние на отрасль
Жилые дома и коммерческие здания
3D-печать активно используется для создания жилых и коммерческих зданий, предоставляя возможности для индивидуализации и быстрой реализации проектов. В Китае компания Yingchuang New Materials стала первой, кто использовал трехмерные принтеры для печати зданий из вторичных материалов. Один принтер способен напечатать до 10 домов в сутки, а это значительно ускоряет процесс возведения жилья. В будущем планируется применять эту технологию для строительства многоэтажных зданий.
В Дубае принтер 3д использовался для строительства зданий офисных в стиле Захи Хадид. Прочность использованных материалов была проверена в Китае и Великобритании, подтверждая надежность и безопасность технологии.
Инфраструктурные объекты и сооружения
3д печать применяется также и для создания различных инфраструктурных объектов. Например, американская корпорация GE применяет принтеры COBOD для строительства опор ветряных генераторов. Принтеры можно использовать чтобы создавать прочные и долговечные конструкции, которые важны для развития альтернативной энергетики.
В Шанхае с помощью 3д печати был построен один из самых необычных мостов. Он выделяется своей необычной архитектурой и дизайном. Этот проект демонстрирует, как 3D-печать может использоваться для создания уникальных и функциональных инженерных сооружений.
Будущее 3D печати в строительстве
Тенденции развития и потенциал технологии
Технология строительства зданий с помощью 3д печати нынче находится на начальных этапах развития, однако её потенциальные преимущества активно продвигают её вперёд. Вполне вероятно, что развитие строительных 3d принтеров будет происходить параллельно с традиционными методами строительства. Принтеры могут использоваться для печати отдельных строительных элементов, таких как балки, панели и фундаменты, как непосредственно на месте строительства, так и на заводах. Кроме того, они могут применяться для создания декоративных элементов и дизайнерских объектов с небольшой общей площадью.
В России активно развивается промышленное производство 3д принтеров для печати домов. По оценкам экспертов, этот рынок ежегодно увеличивается на 30%. Для ускорения внедрения аддитивных технологий нужно объединение усилий госвласти, бизнеса, профильных научно-исследовательских институтов и специализированных образовательных учреждений.
Влияние на архитектуру и городское планирование
3D-печать значительно расширяет дизайнерские возможности архитекторов, позволяя создавать уникальные и сложные формы. Это способствует более быстрому проектированию и строительству, а это особенно важно для проектов с большим количеством квадратных метров. Технология также позволяет экспериментировать с новыми материалами и методами, ускоряя внедрение инновационных архитектурных решений.
В городском планировании 3D-печать предоставляет гибкость и адаптивность, позволяя быстро реагировать на изменения и потребности населения. Это снижает затраты на строительство и способствует развитию инфраструктуры, улучшая качество окружающей среды. Экологическая устойчивость достигается за счёт использования чистых материалов и минимизации отходов, а это уменьшает экологический след строительства. Технология также облегчает процесс реновации старых зданий и создание нового соцжилья.
Однако существуют технологические ограничения и законодательные барьеры, замедляющие внедрение 3D-печати. Необходимо адаптировать нормативные акты и обучать специалистов новым методам работы.
Заключение
Внедрение технологии 3д печати в строительстве позволило создавать уникальные строительные конструкции. С целью сокращения затрат производственных, времени строительства, повышения стандартов качества и упрощения работы строительная отрасль стремится к автоматизации процессов, а это приводит к росту интереса к аддитивным технологиям.
Поскольку применение принтеров 3Д в строительстве началось относительно недавно, полностью раскрыть потенциал этого оборудования пока не удается, и возникающие проблемы ещё не решены полностью.
Несмотря на эти недостатки технологию возведения зданий посредством 3д принтера можно считать перспективным направлением в строительстве, так как её использование делает в разы проще и быстрее производственные процессы, открывая новые возможности для развития отрасли.
