Содержание
Особенности технологии
Строительство домов с использованием 3D-принтера стало реальностью благодаря калифорнийскому профессору Берочу Хошневису, изобретателю технологии Contour Crafting. Основным элементом нововведения стал экструдер, установленный на движущейся платформе, обеспечивающий послойное накопление созданного объекта. Экструзия управляется компьютером и производится в соответствии с ранее созданной 3D-моделью.
Процесс не требует долгой и кропотливой подготовки. Площадка очищается и выравнивается стандартными методами, после чего устанавливается 3D-принтер. Быстротвердеющая строительная смесь под давлением подается на печатающую головку, откуда равномерно распределяется от сопла к рабочей поверхности. В строительных принтерах 3D-Shape в качестве расходного материала используется порошок, который после наслоения связывается, образуя монолитную структуру.
В 3D-строительстве используются ротационные и дельта-принтеры. Разнообразие бетонных смесей обеспечивает печать элементов различной сложности и размеров. С их помощью создаются украшения, малые архитектурные формы, постройки, мосты и т.д.
Мелкозернистый раствор, используемый в принтерах, отличается от обычного бетона. У каждой компании, занимающейся 3D-строительством, есть расходный материал, изготовленный по собственному рецепту, который зависит от характеристик оборудования и специфики возводимого сооружения. Отдельным ноу-хау являются пластификаторы, благодаря которым увеличивается подвижность цемента, снижается содержание воды и увеличивается прочность.
Преимущества в сравнении с кирпичным и блочным строительством
По сравнению с традиционным строительством зданий, 3D-строительство имеет следующие преимущества:
- Строительство дома с отделкой и коммуникациями требует не больших средств, чем постройка аналогичной площади из бруса без внутренних работ. В то же время с развитием 3D-технологий наблюдается тенденция к снижению стоимости их применения.
- В строительстве объекта, напечатанного на 3D-принтере, задействовано гораздо меньше людей, чем на традиционных строительных площадках. После подготовительных работ к управлению и обслуживанию оборудования привлекаются 1-3 человека. В человеко-часах разрыв между традиционным и трехмерным строительством достигает 50-80%.
- При подготовленном фундаменте возведение стен по 3D-технологии занимает несколько дней. Больше всего времени уходит на установку кровли, отделку и проводку коммуникаций. На ввод в эксплуатацию сборных панельных домов уходит не менее месяца.
- Строительный мусор и беспорядок на прилегающей территории — проблема любой строительной площадки. При работе с 3D-принтером отходы сводятся к минимуму, а их часть снова перерабатывается.
- Благодаря технологиям снижаются затраты на создание объектов с уникальной архитектурой. При этом сложность создаваемых геометрических фигур никак не влияет на скорость процесса.
Преимущества строительной площадки по объемной технологии перед стандартным процессом представлены в таблице 1.
Табл. 1
Плюсы 3D-технологий | Минусы традиционной постройки |
Высокая скорость, независимо от сложности объекта | Долговечность конструкции зависит от используемых материалов и архитектурных нюансов |
Минимальный штат | Потребность в значительном количестве специалистов различного профиля, вспомогательных рабочих и т.д. |
Уборка площадки, повторное использование отходов | Беспорядок на территории, необходимость последующего вывоза строительного мусора |
Низкие затраты на рабочую силу | Необходимость в большом количестве спецтехники и транспорта |
Быстрый запуск оборудования на новом месте | Зависимость от климатических условий |
Строить дома с помощью 3D-принтера имеет смысл по экономическим причинам. При строительстве не нужны некоторые материалы и процессы, снижаются затраты на логистику и т.д.
Почему в России еще не все так строят
Несмотря на улучшения в 3D-строительстве и достижения отечественных инженеров, они пока не получили должного признания в России. К основным недостаткам этого метода можно отнести высокую стоимость оборудования и ограниченную площадь возводимой конструкции.
Наиболее известные примеры применения аддитивных технологий ограничиваются частными домами площадью 32 и 300 м², построенными в 2016-2017 годах компаниями Apis Cor и «Спецавиа».
Изготовленное оборудование не всегда соответствует реалиям строительной площадки. Более того, противники технологии утверждают, что с ее распространением люди многих специальностей останутся без работы.
Альтернативы для обычного строительства
Хотя 3D-моделирование еще не может конкурировать с традиционными методами строительства, в некоторых областях оно является довольно убедительной альтернативой. Инновационный метод способствует быстрому возведению небольших малобюджетных жилых домов, востребованных в районах стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций.
Помимо строительства зданий, 3D-принтеры открывают возможность массового производства гаражей, павильонов, ангаров и других объектов, где главный нюанс — не изоляция, а оригинальность архитектуры и готовность к эксплуатации.
Виды принтеров для архитектурных работ
Принтеры, используемые в строительстве, представлены следующими типами:
- Портал (XYZ). Представлен рамой с подвижной головкой экструдера. Питатель смеси перемещается по осям XYZ. Высокая точность экструзии обеспечивается шаговыми двигателями. Оборудование в основном используется для печати отдельных частей зданий и для возведения стен при условии, что портальный принтер находится внутри строящегося здания. Если площадь объекта совпадает с дугой экструдера, он сразу печатается целиком.
- Дельтовидная. В отличие от портальных установок, дельта-принтерная головка может выполнять более сложные движения, что отражается в создании сложных геометрических форм. Гибкие рычаги используются для фиксации и перемещения головы.
- Роботизированный. Они представлены роботами в виде промышленных манипуляторов, которые оснащены экструдерами. Управляется компьютером. Они расположены в центре площадки, откуда рука манипулятора транспортирует смесь в нужную зону.
- D-образная форма. Они относятся к отдельному классу 3D-строительных машин. Вместо раствора здесь используется специальный порошок, который после укладки и уплотнения пропитывается связующим, предоставляемым самим экструдером.
Большинство строительных 3D-принтеров не предназначены для использования на открытом воздухе. Такое оборудование используется в мастерских для печати отдельных элементов, которые впоследствии отправляются на строительную площадку. Исключение составляют мобильные системы, способные работать на строительной площадке.
Видео обзоры с реальной работой принтеров
Среди используемых строительных 3D-принтеров наиболее известна техника китайских, американских и голландских производителей. С характеристиками и возможностями каждого из них можно ознакомиться в соответствующих видеообзорах.
WinSun (Китай). Лидер среди 3D-принтеров. Размеры оборудования по длине, ширине и высоте соответствуют 150X10X6 метров. При печати можно использовать строительный мусор, например стекло, сталь, бетон. Он дебютировал в 2014 году, построив десять жилых домов. По сравнению с традиционным строительством WinSun снижает затраты на рабочую силу на 80%, расход материалов на 60%, а возводимые конструкции обходятся вдвое. Видео:
Apis Cor (США / Россия). Американская компания прославилась созданием робота-манипулятора, одинаково рекомендуемого для внутренних и внешних работ. Оборудование компактное и мобильное, а также имеет автоматическую систему стабилизации. Установка и запуск принтера занимает не более 30 минут. Эффективен при создании сложных архитектурных форм.
ProTo R 3Dp (Нидерланды). Родился по идее голландской компании CyBe Additive Industries. Возьмите на себя создание сложных геометрических фигур. Оригинальный раствор CyBe MORTAR используется в качестве расходного материала, который затвердевает за считанные минуты и готов к переработке. Он отличается высокой скоростью и экологичностью процесса. Видео:
Не менее интересные проекты представлены французским принтером Batiprint3D, американским DCP и словенским BetAbram.
Причины не дающие заменить панельное строительство домов
Несмотря на ускоренное развитие 3D-строительства, панельные дома как вариант доступного жилья в ближайшее время не потеряют своей актуальности. Не так уж и уступает по скорости возведения панельное строительство вне зависимости от погодных условий. Печатный дом требует устройства полов. Панно сразу делится на комнаты. Также не все строительные компании могут позволить себе дополнительное оборудование.
- https://datchikidoma.ru/roboty/3d-printeri-v-stroitelstve
- https://3dradar.ru/post/623/