Применение 3D-принтера в строительстве: что можно сделать, зачем он нужен

Как работает строительный 3Д-принтер

Так называемая аддитивная технология строительства (от англ. Add- добавлять, наращивать) практически не имеет ограничений в использовании(кроме как законами физики). На 3D-принтере можно печатать как отдельные элементы конструкции: стены, перекрытия, другие элементы, так и цельные дома.

Интересный факт! В России впервые дом, полностью напечатанный на 3D-принтере, был возведен в 2016 году компанией ApisCor в городе Ступино. Интересно, что дом возводился целиком, т.е. печатался от потолка до крыши без перерыва. Весь процесс занял 24 часа чистого времени. До этого дня печатались только отдельные панели.

По сути, процесс работ повторяет обычное строительство. Сначала создается проект, затем возводится фундамент, в этом случае, чаще всего, он кирпичный. Процесс компьютерного моделирования в строительстве подобных сооружений – важнейшая часть. Ведь все этапы возведения дома возложены на искусственный интеллект.


Современные 3D-принтеры могут учитывать конфигурацию и положение окон, а также применять архитектурные приемы, используя заранее созданные макеты

По сути, основная часть принтера, кроме электронной начинки, – это стрела экструдера и управляющие ею эксцентрики, которые и двигаются по платформе в заданном радиусе или по прямой. Собственно, монтаж базы, или основания принтера как раз зависит от параметров здания и его конфигурации. Дома могут иметь разную форму и габариты, соответственно и формат машин, создающих их, совершенно разный.

Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве

Важное дополнение. В строительном принтере нет необходимости использовать нагревающий элемент. Бетонная смесь подается напрямую из бетономешалки, с помощью специальных насосных систем. Такие машины позволяют идеально ровно выполнить кладку, а в некоторых случаях оставить отверстия под арматурные элементы.

3D-принтер позволяет провести укладку стен, перекрытий, инженерных отверстий, в том числе под оконные проёмы
3D-принтер позволяет провести укладку стен, перекрытий, инженерных отверстий, в том числе под оконные проёмы

«Дома печатать, как же!»

Разработчик не собирался сам печатать материалы, а хотел только продавать оборудование. Ту самую лавочку показали застройщикам и предпринимателям, которые обустраивают города. Продавцы лавочек какое-то время были основными покупателями станков.

«Напечатать лавочку — 30 минут. Ее себестоимость — около тысячи рублей. Коммерсанты продают в среднем по 5 тысяч рублей. А одна московская фирма — за 30 тысяч».

Маслов в то же время хотел, чтобы на его станках печатали не только лавочки и клумбы, а дома. Но сперва столкнулся с непониманием.

«Сложно продавать новый продукт. Некоторые смеялись: «Дома печатать, как же!» Я говорил: «Мы продаем принтеры, которые могут печатать элементы для зданий». А меня спрашивали: «И кто у вас уже заказал? Что вы напечатали?» Что я отвечу? Чувствовал себя странно».

Скоро у компании купили принтер для строительства маленького офиса. 

Типы строительных 3D-принтеров

Такие устройства еще называют портальными. Это рамки, в которых печатающая головка перемещается по осям XY. Порталы (обычно три) используются для подвешивания печатающей головки на раме. Для перемещения кранов используются очень точные шаговые двигатели.

Принтер XYZ можно использовать тремя способами:

  1. Если конструкция компактная, ее можно распечатать полностью.
  2. Если конструкция большая, принтер будет размещен в мастерской и будет печатать отдельные элементы конструкции по одному.
  3. Если принтер находится в помещении, он может печатать на внутренних стенах.

Дельта

Принтеры Delta могут создавать более сложные объекты по сравнению с устройствами XYZ. Они не привязаны к трехмерным проводникам. Их печатающие головки подвешены на тонких рычагах, прикрепленных к вертикальным направляющим.

Роботы

Принтеры этой разновидности – роботы промышленного типа. Они оснащены экструдерами и управляются компьютером.

D-Shape

Машины D-Shape помещены в отдельную категорию по объективной причине: их нить – это не строительный раствор, а сухой порошковый материал. Нить накладывается слоями желаемой толщины и уплотняется, а затем пропитывается связующим из сопла принтера. Затем с готовой детали удаляют лишний материал.

Как поссорились русские и датские инженеры

«Датчане напечатали здание на русском принтере» — такие новости год назад шли потоком. Это была коробка под офис 50 квадратов — первая большая работа в Западной Европе, созданная на оборудовании ярославцев. Но Маслов вспоминает эти события иначе.

Разработчики Евгений Тарбеев и Александр Маслов показывают купол от маленькой часовни. Его напечатали на 3D-принтере за 30 минут Сергей Метелица/ТАСС
Разработчики Евгений Тарбеев и Александр Маслов показывают купол от маленькой часовни. Его напечатали на 3D-принтере за 30 минут

Читайте также:  Доставка блюд японской кухни - бизнес-план, документы, сколько можно заработать

«Датский стартап получил грант на разработку технологии в строительстве. Они хотели сами делать принтер, но финны начали их обгонять по срокам. И они купили оборудование у нас, чтобы быстрее спроектировать и напечатать здание. Мы помогли им в пуске-наладке. Они немного поменяли станок: заменили наш контроллер на английский. Мы договаривались вместе выпускать пресс-релиз в духе «датские и русские разработчики сделали вместе». Вдруг они без нас сообщили прессе: «Мы напечатали офис». Смотрим — на фотографиях в СМИ — принтер без нашего бренда. Я звоню их руководителю: «Генрих, как так? Зачем наше название оторвали?» Он отвечает что-то вроде «ничего личного, только бизнес». Мы сделали скриншоты, хотели с ними судиться, но потом поняли, что все хорошо вышло: здание напечатали профессионально. Наши чиновники быстро сообщили в СМИ нашу справедливую версию: «Датчане напечатали дом на русском принтере». Такие новости пошли по лентам во всех странах».

На датских стартаперов Маслов больше не злится. 

Фонтаны в Кишиневе. Плитка в Чехии. Все напечатано

Известность помогла получить новых заказчиков. Ярославцы сейчас продали 80 принтеров. Оборудование работает в Европе, например в Чехии и Болгарии, и странах СНГ: Молдавии, Узбекистане.

«В Кишиневе есть фонтаны, которые напечатали на нашем принтере. Два принтера купила администрация одного района в Чехии. Там есть предприятие, где перерабатывают строительный мусор и делают на нашем оборудовании из него тротуарную плитку. В Болгарии и в Узбекистане на нашем оборудовании будут печатать материалы для домов». Маслов говорит, что можно напечатать почти все что угодно, и ведет нас в цех — показать, как работает принтер.

Маленькая коробка на стене — это «мозг» машины. Инженер рисует в программе, например в графическом редакторе, 3D-модель будущего сооружения. Загружает эти данные в «мозг». Дальше действует исполнитель — портальный кран. На конце крана — насадка, напоминающая кондитерский шприц, из которого выдавливают массу на торт. Кран рисует «восьмерку» — напечатать можно элементы любой формы: круг, квадрат, ромб. Серая смесь из песка и бетона ровными слоями ложится на подставку. 

Принтер может печатать детали прямо в цехе. Потом их, как кирпичи, грузят в машину и везут на участок. А строитель на месте собирает их, как конструктор Lego, и склеивает с помощью обычных строительных смесей. Но еще можно привезти принтер прямо на участок: он будет рисовать нужный объект на месте. 

Виды принтеров для архитектурных работ

Используемые в строительстве принтеры представлены следующими видами:

  • Портальные (XYZ). Представлены рамой с подвижной головкой экструдера. Устройство подачи смеси перемещается по осям XYZ. Высокая точность экструзии обеспечивается шаговыми двигателями. Основное применение оборудование находит при печати отдельных частей зданий и возведении стен, при условии расположения портального принтера внутри строящегося здания. Если площадь объекта соответствует арке экструдера, он сразу печатается целиком.

Портальные (XYZ)

  • Дельтовидные. В отличие от портальных установок, головка дельта-принтера может совершать более сложные перемещения, что выражается в создании сложных геометрических фигур. Для фиксации и движения головки используются гибкие рычаги.

Дельтавидные принтеры

  • Роботизированные. Представлены роботами в виде промышленных манипуляторов, которые снабжены экструдерами. Управляются с помощью компьютера. Располагаются в центре площадки, откуда рука-манипулятор доставляет смесь на требуемый участок.

Роботизированные 3д принтеры для строительства

  • D-Shape. Относятся к отдельному классу строительного 3Д-оборудования. Вместо раствора здесь используется специальный порошок, который после укладки и уплотнения подвергается пропитке связывающим веществом, подаваемым тем же экструдером.

D-Shape зд принтеры для строительства

Большая часть строительных 3Д-принтеров не предназначена для работы под открытым небом. Такое оборудование используется в цехах для печати отдельных элементов, которые впоследствии отправляются на участок возведения здания. Исключение представляют мобильные системы, способные к работе в условиях стройки.

Видео обзоры с реальной работой принтеров

Среди используемых строительных 3Д принтеров наибольшую известность приобрело оборудование китайских, американских и голландских производителей. Особенности и возможности каждого из них можно узнать из соответствующих видео обзоров.

WinSun (КНР). Лидер среди 3Д принтеров. Габариты оборудования по длине, ширине и высоте соответствуют 150Х10Х6 метров. При печати может использовать строительные отходы, представленные стеклом, сталью, цементом. Дебютировал в 2014 году при возведении десяти жилых домов. По сравнению с традиционным строительством WinSun уменьшает трудозатраты на 80%, расход материалов на 60%, а возводимые объекты обходятся вдвое дешевле. Видео:

Apis Cor (США/Россия). Американская компания прославилась созданием робота-манипулятора, который одинаково хорошо зарекомендовал при внутренних и наружных работах. Оборудование отличается компактностью и мобильностью, а также автоматической системой стабилизации. На установку и запуск принтера уходит не более 30 минут. Эффективен при создании сложных архитектурных форм. Видео:

ProTo R 3Dp (Нидерланды). Детище голландской компании CyBe Additive Industries. Отлично справляется с созданием сложных геометрических форм. В качестве расходного материала использует оригинальный раствор CyBe MORTAR, отвердевающий за несколько минут и готовый к вторичной переработке. Выделяется высокой скоростью и экологичностью процесса. Видео:

Читайте также:  Как выбрать станок для производства салфеток

Не менее интересные проекты представлены французским принтером Batiprint3D, американским DCP и словенским BetAbram.

Причины не дающие заменить панельное строительство домов

Несмотря на ускоренное развитие 3Д строительства, в ближайшее время панельные дома, как бюджетный вариант жилья, не утратят актуальности. Не слишком уступая по скорости возведения, панельное строительство независимо от погодных условий. Напечатанный дом требует установки перекрытий. Панельный сразу разделен на комнаты. Кроме этого, аддитивное оборудование по карману далеко не каждой строительной компании.

Панельное строительство домов

Виды 3Д-принтеров для строительства дома

Как мы уже замечали выше, тип 3D-принтера напрямую зависит от типа и модификации здания. Которое он возводит. От этого зависит и размер самого принтера, объем бетономешалки, а также сопла, который подает строительную смесь.

Вариации конструкций строительных 3D-принтеров
Вариации конструкций строительных 3D-принтеров

Впервые дома по данной технологии стали массово возводить в Шанхае. Одна из первых 3D-машин, поразившей своими размахами и размером стал принтер WinSun. Длина рабочей зоны составляла 150 метров, а ширина 10. Такой принтер способен за несколько дней напечатать здание высотой 6 метров.

Дом, напечатанный чудо-принтером
Дом, напечатанный чудо-принтером

Интересно, что в качестве технологической изюминки китайские инженеры использовали специальное стекловолокно, которое, с одной стороны, удешевляло строительные работы, а с другой – делало бетонную смесь менее теплопроводной. Тестовые образцы позволили компании сэкономить половину бюджета на возведение дома по новой технологии.

Европейские же инженеры, к примеру, голландские предпочитают печатать не собственно дома, а строительные материалы, с помощью которых эти дома можно возводить, считая (в чем-то справедливо), что более качественно работа будет сделана всё-таки человеческими руками и головой.

Достоинства и недостатки применения 3D-принтера в строительстве

Главным плюсом, о котором говорили все разработчики, называется то, что процесс возведения жилья удешевляется, а скорость возведения объектов увеличивается. Однако, до сих пор непонятно, будет ли использоваться человеческий труд, хотя бы в качестве дополняющего элемента.

Кроме того, универсальность печати и возможности моделирования смогут в будущем позволить возводить дома на участках со сложным рельефом. Технические решения уже в этом направлении есть
Кроме того, универсальность печати и возможности моделирования смогут в будущем позволить возводить дома на участках со сложным рельефом. Технические решения уже в этом направлении есть

С помощью точного расчета можно создавать идеальные опорные и несущие конструкции под определённую местность, идеально точно следовать метражу помещения по проекту, а главное – создать идеально ровные стены. Кроме того, с помощью 3D-печати можно создать идеально ровный фундамент, причем достаточно быстро.

Среди главных, но существенных минусов – это большие энергозатраты и необходимость обслуживания оборудования. Кроме того, каким бы ни было совершенным оборудование, полный цикл работ оно охватить не сможет.

Строительная площадка под строительство дома на 3D-принтере
Строительная площадка под строительство дома на 3D-принтере

Ведущие производители принтеров для 3D-печати домов

В России пока немногие компании решились освоить такую технологию строительства. Ещё меньше занимаются серийным производством такого оборудования. Всё-таки, пока это штучный товар. Однако, всё же можно назвать одну из них, которая уже прочно заняла лидирующие позиции в этой области. Это фирма СпецАвиа. Её персоналом был разработан и опробован прототип строительного 3D-печатного аппарата и осуществлена пробная печать.

Кроме того, на рынке можно встретить образцы словенской компании BetAbram. Она занялась серийным производством строительных принтеров. Сейчас в линейке компании несколько вариантов конструкций или моделей принтеров.  Их стоимость варьируется от 12 000 евро за станок до 20000 евро. Вероятно, что затраты себя оправдают.

Принтер BetAbram P1 может напечатать дом площадью в 144 квадратных метра, при относительно невысокой конструкции – около трех метров
Принтер BetAbram P1 может напечатать дом площадью в 144 квадратных метра, при относительно невысокой конструкции – около трех метров

Внешне принтер похож на обычную платформу, двигающуюся по рельсам. Они регулируются по высоте.

А как же насчет внутренних стен? Интересно, что и тут строительный 3D-принтер тоже может выручить. Просто сырье для возведения внутренних перегородок отличается.

Такие стены никак не похожи на цементные, хотя напечатаны в той же технологии
Такие стены никак не похожи на цементные, хотя напечатаны в той же технологии

Специальный полимер на основе клея и соли, высыхая, создает ажурную конструкцию, которая про прочности не уступает цементной, однако, она значительно легче. Материал не боится влаги, его можно использовать для возведения перегородок.

Материал под названием Saltygloo (с англ. «солевой клей») был разработан компанией EmergingObjects
Материал под названием Saltygloo (с англ. «солевой клей») был разработан компанией EmergingObjects

Стены из камыша есть. А трехмерной печати нет

Еще технологии опережают законодательство. На 3D-принтере можно напечатать стены частного малоэтажного дома — для его оформления не требуется множества экспертиз».

Многоэтажку — нельзя. Многоквартирный дом должен пройти много согласований. Сейчас в России нет строительных стандартов для этой технологии.

«Примитивные технологии — то, что уже не используется, — переложили в новые стандарты: как строительство из камыша. А новые технологии включить труднее. Но мы запустили этот процесс: обсуждаем в комитете при Росстандарте появление нормативов. Думаю, они появятся в конце года».

Читайте также:  Создаём сайты бесплатно, с нуля и самостоятельно: обзор топовых конструкторов

Будут ли застройщики московских жилых комплексов печатать стены на принтере — это вопрос. Оборудование позволяет экономить, но не фантастические суммы. «Напечатать элементы стен на 30% дешевле, а экономия на общей стройке — 5–7%. Да, это повышает рентабельность бизнеса, но я думаю, что сначала такой технологией заинтересуются частники — обычные потребители, желающие построить свой дом», — объясняет Александр Маслов.

Добавляет, что спрос возникнет не столько из-за низкой стоимости, сколько из-за возможности сделать креативный дизайн.

Как стартаперы преувеличивают

В фирме уверяют, что стоит «фильтровать» поток новостей о том, что там и там разработчики сделали 3D-принтер и с его помощью напечатали дом или квартал. Эта технология еще в начале развития.

«Большая часть проектов в этой сфере — прототипы. Они работают в тестовом режиме», — говорит Маслов. Кажется, что будущее с трехмерной печатью наступило повсеместно, потому что о слабых разработках иногда говорят с преувеличением.

Отделка в напечатанных стенах — совершенно обычная Сергей Метелица/ТАСС
Отделка в напечатанных стенах — совершенно обычная

«Новость была — китайский фермер сделал 3D-принтер и печатает теплицы. Все в восторге! На видео так: у него тележка, а сверху переделанное ведро. Никакой электрики нет. Он сыплет в ведро бетон и таскает тележку по направляющей — льет фундамент. То есть он сам бегает вместо мотора. Ну а что? Печатает! Аддитивная технология».

Примеры домов, построенных с применением 3D-печати

Ещё раз, давайте полюбуемся на причудливые строения, созданные искусственным интеллектом. Вполне вероятно, что подобные строения прочно войдут в нашу жизнь. А также посмотрим, как работают самые трудолюбивые каменщики в мире.

Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве
Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве
Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве
Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве
Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве
Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве
Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве
Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве

А если у вас идеи, как можно использовать 3D-печать в строительстве, расскажите об этом другим читателям нашего онлайн журнала Homius.ru.

Watch this video on YouTube
Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве

    Почему в России еще не все так строят

    Несмотря на совершенствование 3Д-строительства и достижения отечественных инженеров, в России они пока не получили должного признания. К главным недостаткам подобного способа относится дороговизна оборудования, а также ограниченность в площади возводимого объекта.

    Наиболее известные примеры применения аддитивных технологий ограничиваются частными домами площадью 32 и 300 м², построенными в 2016–2017 годах компаниями Apis Cor и «Спецавиа».

    Дом сделан 3д принтером

    Создаваемое оборудование не всегда соответствует реалиям стройки. Кроме этого, противники технологии утверждают, что с ее распространением люди многих специальностей останутся без работы.

    Альтернативы для обычного строительства

    Хотя 3Д моделирование пока не может на равных соперничать с традиционными способами строительства, в некоторых областях оно представляет достаточно вескую альтернативу. Инновационный метод способствует оперативному возведению низкобюджетных малогабаритных жилых построек, пользующихся спросом в зонах стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций.

    Помимо возведения зданий, 3Д принтеры открывают возможность массового выпуска гаражей, павильонов, ангаров и других объектов, где главным нюансом является не утепление, а оригинальность архитектуры и оперативная готовность к эксплуатации.

    Домик для фрилансера

    Маслов построил свой дом в тихом пригороде Ярославля. В 300 метрах течет Волга. Он живет здесь с женой и сыном-подростком уже три года. Одноэтажный дом с круглыми углами-колоннами выделяется на фоне однотипных коттеджей из кирпича. Вокруг все знают, что этот дом — необычный: одноклассники сына с удовольствием приходят посмотреть на напечатанные стены. Новые соседи хотят знать: в какую сумму обошлось строительство и насколько в нем тепло зимой. «Это, по использованию, обычный дом. Материалы, использованные в строительстве — традиционные, только история их появления — другая, — объясняет Маслов. — Высокую теплоемкость мы продумали еще на стадии проектирования. Фасад отделали камнем и штукатуркой. Внутри оставили одну шероховатую фактурную стену — показывать гостям».

    Разработчики долго отказывались строить дома на заказ. Объясняли: «Мы только продаем оборудование». Но недавно передумали: слишком много запросов на стройку.

    Александр Маслов живет в доме с женой и сыном-подростком Сергей Метелица/ТАСС
    ОписаниеАлександр Маслов живет в доме с женой и сыном-подростком

    Первые дома возведут летом для своих сотрудников, чтобы побольше испытать технологию в жилом строительстве. А потом, считает разработчик, придут клиенты, которым в обычных коттеджных поселках ничего не предлагают.

    «Застройщики продают типовые большие дома. А сейчас появились новые потребители: выросшая компьютерная молодежь, разные фрилансеры — они хотят купить маленький дом, 50–60 квадратов. Желтый или красный кирпич — это для них скучно. Им нужен креатив, чтобы дом выглядел, например, как маленький замок. А напечатать футуристический дом или английский замок на принтере довольно просто», — так Александр представляет потребности нового поколения покупателей жилья.

    Стены для такого дома по себестоимости выходят в 50 тысяч рублей, а продавать можно за 200–250 тысяч, конечная цена всей стройки, по его расчетам,  — до миллиона.

    «Еще обращаются люди, которые хотят заказать купольные дома. За последний год четыре обращения — это тренд. Принтер может полностью его напечатать». 

    Источники

    • https://homius.ru/primenenie-3d-printera-v-stroitelstve.html
    • https://tass.ru/obschestvo/5206214
    • https://stroika-i-remont.ru/eto-polezno-znat/3d-printer-dlya-stroitelstva-doma/
    • https://datchikidoma.ru/roboty/3d-printeri-v-stroitelstve

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Bazliter.Ru
    Adblock
    detector
    Gogetlinks12773