Интернет-магазин ООО «3ДТУЛ» 3Dtool $$

Россия, г. Москва, ул. Дорогобужская, д. 14, стр. 4, офис 302

8 (800) 775-86-69

0
Сравнение
Сравните товары по характеристикам! Начните свой выбор с каталога товаров или воспользуйтесь поиском, если ищете что-то конкретное.
Вы смотрели
Список просмотренных товаров пока пуст. Вы можете начать свой выбор с каталога товаров или воспользоваться поиском, если ищете что-то конкретное.
0
В корзине
нет товаров
Главная страницаСтатьи3D-печать в строительстве: технология применения и как это работает

3D-печать в строительстве: технология применения и как это работает

Обзор применения 3D принтеров в строительстве
Обзор применения 3D принтеров в строительстве
Рейтинг ()

Содержание:

  1. Технологии 3D-принтеров для строительства
  2. Способы работы трехмерных строительных принтеров
  3. Виды конструкций принтеров для строительной 3D-печати
  4. Строительные материалы для 3D-принтеров
  5. Примеры использования 3D-принтеров в строительстве
  6. Преимущества и недостатки 3D-строительства
  7. Заключение

Используя 3D-принтеры, можно быстро и относительно недорого печатать жилые и нежилые сооружения. В том числе, многоэтажные и малой этажности, со сложными формами и планировкой, предназначенные для сезонной или круглогодичной эксплуатации. Строительные конструкции возводятся из бетона, поэтому по своим техническим параметрам практически не отличаются от зданий, построенных по традиционным технологиям.

К перспективным направлениям строительной 3D-печати относятся:

  • разработка и возведение экологичного, долговечного, удобного и недорогого жилья для малоимущих слоев населения;
  • экономически эффективное строительство по уникальным авторским проектам.

На данный момент нет единых отраслевых стандартов для серийного 3Д-строительства, поэтому эта технология не является массовой и популярной, реализуется по индивидуальным проектам и требует повышенного внимания к выполнению на всех этапах. С ее помощью строят частные дачные домики, гаражи, садовые беседки, заборы для ограждения участка, ландшафтные и декоративные конструкции, хозяйственные постройки и другие небольшие сооружения.

Рассмотрим особенности технологии, оборудования и материалов для строительства, примеры реализованных проектов в 3Д-отрасли, а также достоинства и недостатки данного метода возведения построек.

Технологии 3D-принтеров для строительства

Большинство моделей строительных аппаратов для объемной печати оборудованы печатающими головками (экструдерами), через которые выдавливается бетонная смесь и укладывается слой за слоем, образуя внутренние и внешние стены будущего дома. В качестве основы для печати служит трехмерная модель, созданная в специализированной CAD-программе.

Говоря просто, 3Д-принтер для строительства представляет собой своеобразный гибрид инструмента-манипулятора и бетономешалки, рисующий чертеж по заданному алгоритму. Только вместо бумаги подобные установки используют реальную стройплощадку, а вместо чернил – бетон.

Важный момент: строительная площадка должна быть идеально ровной, чтобы на нее можно было уложить параллельные направляющие рельсы для печатающей установки и затем правильно обустроить фундамент.

Бетонная смесь для 3Д-печати более всего напоминает бетон марки М50. Чтобы прочность материала стала выше, требуется выполнить армирование стен в горизонтальном или вертикальном направлении с помощью арматуры из стекловолокна или путем добавления в бетонный раствор фиброволокна и разных других компонентов.

Способы работы строительных 3D-принтеров

Существует три принципа работы объемных принтеров:

  1. Послойное экструдирование – подача бетонной смеси с добавками под давлением.
  2. Напыление – смесь, полученная путем смешивания песка и клейкого состава, напыляется на рабочую поверхность.
  3. Селективное лазерное спекание – песок плавится с помощью лазера.

Конструкции принтеров для строительной 3Д-печати

Для выполнения строительных задач используются два типа 3D-принтеров: в форме стрелы с манипулятором или в виде мостового крана. Устройства также различаются по типам и делятся на:

  1. Портальные (XYZ-принтеры) – конструкции, состоящие из трех порталов, рамы и печатающей головки. Подходят для печати крупных изделий, частей строения, внутренних стен или здания целиком, если оно умещается под аркой. Печатная головка, подвешенная к раме, перемещается по осям XY. Порталы приводятся в действие высокоточными шаговыми двигателями.
  2. Роботизированные – один или несколько роботов по типу стандартных промышленных манипуляторов с печатающими головками в комплекте, управление которыми осуществляется с помощью компьютерной техники.
  3. «Дельта»-принтеры. Оснащены экструдером, который подвешивается на тонких рычагах, закрепленных на вертикальных направляющих. Не зависят от трехмерных направляющих, способны строить сложные объекты.

Выбор оборудования осуществляется инженером с учетом сложности предстоящих работ, особенностей объекта и ожидаемого результата.

Строительные материалы для 3D-принтеров

Основной материал, используемый 3D-принтерами при печати строений – специальный мелкозернистый бетон. Его производят по особой рецептуре с учетом особенностей конструкции оборудования и специфики целевого объекта. Для повышения прочности в бетон добавляют пластифицирующие вещества, уменьшающие водоцементное отношение и делающие смесь более подвижной. В строительной печати также используются смеси цемента со стекловолокном, измельченным строительным мусором, полимерной фиброй и целлюлозой.

Важно, чтобы смесь легко проходила сквозь сопло. Ее консистенция должна такой, чтобы масса ложилась на основу равномерными слоями нужной ширины и толщины, не растекаясь. Бетонный состав должен быстро застывать, чтобы сохранять форму. Но процесс не должен протекать слишком быстро: дело в том, что в этом случае слои могут утратить химическую активность и не образовать единую структуру в месте их соединения. Кроме того, быстро застывающая смесь может забить сопло печатной головки, и техника выйдет из строя.

Примеры использования 3D-принтеров в строительстве

Новатором использования оборудования для печати зданий и конструкций стал профессор Университета Южной Калифорнии (USC) Берох Хошневис, запатентовавший технологию под названием Contour Crafting (нанесение слоев цементной смеси с помощью печатающей головки на подвижной платформе). В настоящее время этот иранский ученый входит в состав деканата USC и продолжает вести исследовательскую деятельность в сфере трехмерной печати, заключив соглашение с NASA и ВМС США. Известно, что он ищет способ полностью автоматизировать процесс вплоть до установки арматуры.

Дома, созданные с помощью 3Д-технологий, есть во многих странах мира, в том числе, в России, ОАЭ, США и Китае. Ниже рассмотрим несколько таких примеров.

CyBe Construction

В 2019 году услугами голландской фирмы CyBe Construction воспользовались заказчики из ОАЭ. Команду разработчиков CyBe пригласили в крупный исследовательский центр SRTI, чтобы они продемонстрировали свои возможности в 3Д-печати домов. Ранее, в 2017 году, компания меньше, чем за месяц (всего за 3 недели), напечатала в Дубае лабораторию площадью 168 квадратных метров. Работая со скоростью 600 мм/с, специализированный строительный 3D-принтер этого бренда возводит все несущие конструкции для сооружения менее, чем за один час. Он способен делать опалубку, полы, стены, канализационные ямы.

«СтройБот»

Российский конструктор Андрей Руденко создал строительный принтер «СтройБот» и отвез его в США. После нескольких лет, проведенных в попытках привлечь внимание к своей разработке, он придумал способ прорекламировать свой продукт – построил часть отеля для филиппинского предпринимателя, используя в качестве рабочей смеси геополимерный бетон.

Apis Cor

Российская компания Apis Cor («Апис Кор Инжиниринг», Иркутск) разработала инновационный мобильный 3Д-принтер, способный печатать здания целиком прямо на месте строительства. Полная площадь рабочей зоны оборудования составляет 131 кв. м, в сложенном виде устройство имеет габариты 4х1,6х1,5 м. Для возведения высоких сооружений крупных размеров задействуется несколько синхронизированных принтеров.

Оборудование использует оригинальную технологию собственной разработки Apis Cor: экструдер зафиксирован на телескопической штанге, размещенной на поворотной платформе и регулируемой по высоте. Установка возводит вокруг себя стены из гипсовой смеси и после окончания работ легко перевозится на другую строительную площадку при помощи подъемного крана.

В 2019 году инженеры предприятия Apis Cor построили в Дубае жилой дом площадью 640 кв. м. Процесс занял 500 часов. Точно такое же сооружение было возведено в Ступино. На очереди более крупномасштабные проекты: распечатка демонстрационных домиков в Техасе, а затем строительство эко-поселка совместно с Sunconomy.

Нужно отметить, что впервые в российской практике здание печаталось именно как единое целое, а не собиралось из заранее отпечатанных блоков.

АМТ «Спецавиа»

Компания АМТ «Спецавиа» из Ярославля занимается производством 7 моделей принтеров для 3D-печати. Фирма предлагает производительное оборудование и получила известность благодаря возведению здания для охранников Екатеринбургского цементного завода, стилизованного под замок Винтерфелл из «Игры престолов». Копия замка находится на территории самого предприятия.

В 2015 году специалисты АМТ распечатали первый объект недвижимости площадью 165 кв. м: часть деталей поставлялась с завода в разобранном состоянии, другая часть конструкции создавалась прямо на стройплощадке.

Для справки: оборудование «Спецавиа» стоит в среднем 4,6 миллиона рублей. Это вполне приемлемая цена для небольшой строительной фирмы.

Winsun

Главная цель известной китайской компании Winsun – в два раза сократить расходы на строительство, путем использования экологичных стройматериалов добиться уменьшения количества смога в китайских городах и предоставить малоимущим слоям населения возможность обзавестись доступным жильем для комфортной жизни.

В 2014 году фирма сделала амбициозное заявление о намерении построить 10 жилых домов за 10 суток. Цель была достигнута: за 10 дней специалисты напечатали 10 домов общей площадью 200 кв. м и стоимостью 4800 долл. США каждый, вполне пригодных для проживания.

В 2015 году компания Winsun реализовала два более сложных проекта в промышленном парке Сучжоу: построила пятиэтажный жилой дом и особняк площадью 1100 кв. м. Специалисты использовали 3D-принтер с габаритами 6х10х40 м и смесь, состоящую из отходов производства и строительства, цемента, песка, стеклопластика и специального отвердителя. Блоки изготавливались отдельно и постепенно собирались в целую конструкцию. В сравнении с традиционной технологией, процесс занял в 3 раза меньше времени и в 5 раз меньше рабочей силы. В целом, строительство с помощью Winsun обходится на 50% дешевле, а экономия расходных материалов достигает 60%.

D-Shape

В 2012 году компания заявила о готовности создавать двухэтажные дома с внутренними перегородками, перекрытиями, трубопроводами и другими инженерными коммуникациями, лестницами, колоннами, дверями, окнами, кровлей, крышей и другими конструктивными элементами. В D-Shape применяют технологию стереолитографии. В качестве расходника используют смесь из песка со связующим составом неорганического происхождения, которая полностью застывает за 1 день (24 часа). Внешне материал напоминает мрамор, а по прочности и износостойкости превосходит камень и железобетон.

В перспективе компания D-Shape планирует возводить здания необычной конфигурации, устойчивые к стихийным бедствиям.

BatiPrint

В 2017 году на Неделе дизайна во французском Нанте инженеры компании BatiPrint построили энергоэффективное пятикомнатное жилое здание Yhnova House площадью 95 кв. м. Дом был возведен в рамках социального проекта, разработанного учеными из Нантского университета. Для строительства применялась роботизированная рука, направляемая лазером (другими словами, технологический процесс «печать изнутри»). Устройство способно возводить конструкции высотой до 7 метров.

WASP

Итальянские инженеры из компании WASP совместно с архитекторами из фирмы Mario Cucinella Architects построили в Болонье несколько округлых жилых домов в рамках проекта Tesla. Для печати был использован XYZ-принтер Crane и вторсырье. Строители и другие представители WASP следуют идее «нулевого километра» и стараются использовать экологически чистое сырье местного происхождения. Например, ранее фирма напечатала дом Gaia из сырой земли.

Преимущества и недостатки 3D-строительства

Среди плюсов применения 3D-принтеров можно выделить:

  • воплощение в реальность любых проектов с нестандартным дизайном (включая обустройство внутреннего пространства, ремонт и монтаж коммуникаций) при относительно небольших затратах;
  • легкая отделка напечатанных конструкций панелями и другими стройматериалами, множество вариантов оформления интерьера декором любой сложности;
  • понятное программное обеспечение – позволяет легко задать нужные настройки при работе с трехмерной моделью;
  • быстрый, максимально точный процесс 3D-печати (при отсутствии ошибок в расчете CAD-модели, использовании качественных расходных материалов, правильной настройке оборудования) – позволяет за короткие сроки изготавливать идеально ровные, прочные несущие и опорные конструкции, фундамент и стены с учетом характеристик местности, полностью соблюдать метраж помещения согласно проекту;
  • сокращение человеческого труда (для работы с оборудованием потребуется минимум персонала: всего лишь один или несколько операторов);
  • значительное снижение количества отходов и мусора – все элементы изготавливаются под конкретный проект строго в требуемом объеме, после производства неиспользованные компоненты можно переработать в новый филамент;
  • минимум рисков для людей и окружающей среды.

К минусам 3D-строительства относятся:

  • несовершенная законодательная база для массового внедрения 3Д-технологий в строительство;
  • ограниченный выбор строительных материалов;
  • сравнительно высокая стоимость техники (эта слабая сторона компенсируется высокой скоростью работы и быстрой окупаемостью);
  • сокращение рынка строительных услуг – компании по аренде строительной техники, производители традиционных стройматериалов, рабочие-строители остаются без работы;
  • необходимость повышения квалификации и освоения новых методов, навыков проектировщиками и другими работниками, задействованными в 3Д-строительстве;
  • печать одним типом филамента (у большинства моделей 3Д-оборудования);
  • длительная подготовка и сборка напечатанных компонентов (в некоторых случаях);
  • сложная транспортировка и хранение 3D-печатной техники.

Быстрое развитие аддитивных технологий позволяет предположить, что недостатки строительной 3D-печати будут преодолены в ближайшее время.

Заключение

3Д-печать является весьма перспективным направлением современного строительства. Применение аддитивных технологий способствует экономии ресурсов и снижению производственных расходов. В ближайшем будущем этот вид строительства может решить проблему нехватки доступного социального жилья и внести свой склад в улучшение экологической обстановки.

В компании 3DTool можно купить производительные 3D-принтеры для строительства лучших производителей с доставкой по России. Наши сотрудники помогут вам интегрировать аддитивные технологии в производство: подготовят необходимые проектные документы, проконсультируют по поводу эксплуатации техники и изготовления конструкций, предоставят квалифицированный сервис.

Другие новости

Будьте в курсе

Подпишитесь на последние обновления и узнавайте о новинках и специальных предложениях первыми

Нажимая на кнопку «Подписаться», Вы соглашаетесь с  условиями подписки