Современная технология "контурного строительства"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Современная технология "контурного строительства"

Д. И. Вага, Л. В. Десятое, А. В. Цорик, А. В. Швец

Абстракт

В статье раскрывается понятие технологии SD-печати, история его появления и дальнейшего развития, а также структура рабочего процесса. Показаны возможности применения SD-принтеров в различных областях, особенно в строительной индустрии. Рассматриваются основные методы и способы SD-печати, описан технологический процесс и возможности применения аддитивного производства в создании зданий и сооружений. Выявлены пути развития SD-печати, направленные на контурное строительство, а также приведены примеры уже «построенных» по заданной технологии зданий. Рассмотрены перспективы развития такого вида строительства с выявлением его нюансов и «положительных» факторов (в сравнении с традиционными методами застройщиков).

Ключевые слова: SD-печать, методы, технологический процесс, контурное строительство, печать, SD-принтер, строительная индустрия, перспективы развития.

D. I. Vaga, L. V. Desyatov, A. V. Tsorik, A. V. Shvetc

MODERN TECHNOLOGY OF "CONTOUR CONSTRUCTION"

Abstract.Thearticlerevealstheconceptof 3D printingtechnology, itshistoryofemergenceandfurtherdevelopment, aswellasthestructureoftheworkflow. Thepossibilityofusing 3D printersinvariousfields, especiallyintheconstructionindustry. Themainmethodsandmethodsof 3D printingareconsidered, thetechnologicalprocessandthepossibilitiesofusingadditiveproductioninthecreationofbuildingsandstructuresaredescribed. Thewaysofdevelopmentof 3D printing, aimedatcontouringconstruction, areidentified, aswellasexamplesofalready “constructed” buildingsusing a giventechnologyaregiven. Theprospectsforthedevelopmentofthistypeofconstructionwiththeidentificationofnuancesandpositivefactors, comparedwiththetraditionalmethodsofdevelopers.

Keywords: 3D printing, methods, technologicalprocess, contourconstruction, printing, 3D printer, constructionindustry, developmentprospects.

1. История появления технологии ЭИ-печати

Технология SD-принтеров была разработана в 1984 году компанией CharlesHull(схема 1). Через четыре года была создана первая модель SD-принтера для печати в домашних условиях. Но пик популярности SD-принтера, как и «скачок» в развитии технологии SD печати, приходится на XXI век: уже сейчас принтер может печатать большую часть своих собственных деталей, ведутся эксперименты по использованию биоматериалов для картриджей, что позволит печатать даже человеческие органы. Неудивительно, что достаточно большой SD-принтер представляется идеальным вариантом для строительства домов [1 с. 7].

Схема 1. Историческая хронология технологий SD-печати.

2. Технологический процесс

SD-печать или «аддитивное производство» - процесс создания цельных трехмерных объектов практически любой геометрической формы на основе цифровой модели. SD-печать основана на концепции построения объекта последовательно наносимыми слоями, отображающими контуры модели. Фактически, 3D-печать является полной противоположностью таких традиционных методов механического производства и обработки, как фрезеровка или резка, где формирование облика изделия происходит за счет удаления лишнего материала (т.н. «субтрактивное производство»).

3D-принтерами называют станки с программным управлением, выполняющие построение детали аддитивным способом. Во время печати принтер считывает 3D-печатный файл, содержащий данные трехмерной модели, и наносит последовательные слои жидкого, порошкообразного, бумажного или листового материала, выстраивая трехмерную модель из серии поперечных сечений. Эти слои, соответствующие виртуальным поперечным сечениям в CAD-модели, соединяются или сплавляются вместе для создания объекта заданной формы. Основным преимуществом данного метода является возможность создания геометрических форм практически неограниченной сложности [6 с. 7].

Технология 3D-печати используется в различных сферах, таких как литейное производство, автомобильная промышленность, медицина, аэрокосмическое строение, высшие учебные заведения, научно-исследовательские институты, а также для создания прототипов в промышленном дизайне, строительстве, архитектуре и других сферах (схема 2).

Схема 2. Области применения SD-печати

В настоящее время доступен широкий выбор методов аддитивного производства. Основные различия заключаются в методе нанесения слоев и используемых расходных материалах. Некоторые методы основываются на плавке или размягчении материалов: сюда входит выборочное лазерное спекание, выборочная лазерная плавка, прямое лазерное спекание металлов, печать методом послойного наплавления. Другим направлением стало производство твердых моделей за счет полимеризации жидких материалов, известное как стереолитография [6 с. 7].

3. Возможности контурного строительства

Одним из перспективных направлений применения методики современной трехмерной печати является контурное строительство - процесс использования SD-печати в строительстве. Эти технологии отличаются гибкостью, идеальной точностью, мобильностью, финансовой доступностью, а также позволяют добиться высоких темпов строительства с минимальными физическими усилиями. sd печать контурное строительстве

Основным методом для контурного строительства является экструзионный (моделирование методом послойного наплавления) с подачей в принтер специальных материалов: фибробетона, геополимера, специального бетонного раствора или цементного раствора с определенными добавками [6 с. 7].

Можно выделить три направления применения SD-печати в контурном строительстве.

1) Печать крупноблочных элементов.

Метод подразумевает печать в цеху различных крупных элементов и дальнейшую их сборку на стройплощадке; изготовление коробки здания, цилиндрических и арочных конструкций; декоративных элементов и башни.

Проект выполнила группа компаний «АМТ-СПЕЦАВИА». Строительство дома началось в 2015 году. Коробка здания была отпечатана по частям и смонтирована на фундаменте за один месяц в декабре 2015 года. Летом 2017 года завершено устройство крыши и проведен основной объем внутренних отделочных работ. В настоящее время дом подключен ко всем инженерным коммуникациям и готов к заселению (рис. 1, рис. 2).

Особенность данного проекта заключается в том, что дом построен не с целью презентации, а является жилым и полностью «пригодным для жизни».

Сооружение соответствует правилам и нормам индивидуального жилищного строительства. Для этого пройдены все этапы строительства, присущие другим технологиям строительного производства, применяемым сегодня: сделан проект, получено разрешение на строительство, оформлен паспорт БТИ [5 с. 7].

Рис. 1. Первый в Европе и СНГ жилой дом, построенный с помощью SD-печати (г. Ярославль, Россия)

Рис. 2. Первый в Европе и СНГ жилой дом, построенный c помощью SD-печати (г. Ярославль, Россия)

Особенности дома из крупноблочных элементов в контексте сравнения с традиционным способом строительства:

* вариабельность;

* итоговая стоимость дома меньше, чем построенного из заводских

крупноразмерных блоков;

• ровные потолки и стены;

• на стройплощадке нет мусора;

• высокая скорость возведения;

2) Печать мелкоразмерных деталей (блоков).

Метод подразумевает печать отдельных блоков для строительства. Изготовление таких модулей требует минимальных затрат материала, труда и финансирования. Блоки имеют сквозную перфорацию для облегчения готового продукта и экономии материала.

Исследователи, представляющие лабораторию SabinDesign при Корнель-ском университете, решили, что современная промышленность не готова к печати домов целиком. Вместо этого они сосредоточили свои усилия на печати керамических кирпичей [2 с. 7].

Ученые решили обойти традиционные трудоемкие методы строительных работ, заменив шлакоблоки, цементный раствор и физический труд на изделие PolyBricks(рис. 3).

Специалисты из SabinDesign решили отказаться от традиционных клеящих составов. Кирпичи Polybrick создавались с учетом классических столярных технологий, применяемых строителями для скрепления между собой деревянных изделий. Другими словами, кирпичные блоки проектируются таким образом, чтобы сила тяжести соединяла между собой все детали конструкции [2 с. 7].

Рис. 3. Изготовленные на BD-принтере строительные керамические блоки PolyBricks

Особенности и отличия технологии печати мелкоразмерных деталей на 3D принтере, от традиционного способа укладки мелкими блоками:

• не требуется особых физических усилий (нет необходимости в таких действиях как подача и разравнивание раствора, укладка блоков с образованием швов, проверка правильности кладки и т.д.);

• не требуется раствор для соединения блоков между собой (блоки спроектированы таким образом, чтобы сила тяжести соединяла все детали конструкции);

• стоимость меньше, чем заводского мелкоразмерного блока;

• ровные потолки и стены;

3) Печать «на месте».

Данная технология позволяет ускорить процесс строительства и максимально его минимизировать. 3Э-принтер является очень мобильным, привозится на место строительства и печатает вокруг своей оси, располагаясь внутри строящегося здания. Легко транспортируется, имеет небольшие габариты и не нуждается в долгой подготовке к началу строительных работ.

Строительство проходило на испытательной базе компании ApisCor в Московской области, в городе Ступино (на территории Ступинского завода ячеистого бетона). Печать самонесущих стен, перегородок и ограждающих конструкций здания длилась меньше суток: чистое машинное время печати составило 24 часа. Площадь отпечатанного здания -- 38 м²(рис. 4, рис.5).

Дизайн одноэтажного жилого дома достаточно необычный - радиальный. Такой проект был выбран неслучайно, так как одна из главных целей строительства - продемонстрировать гибкие возможности оборудования и разнообразность доступных форм. Дом может быть любой формы, в том числе и привычной квадратной, поскольку аддитивная технология не имеет ограничений по дизайну возводимого здания, кроме действующих законов физики.

После завершения печати стеновых конструкций принтер извлекли из здания с помощью крана-манипулятора [3 с. 7].

Рисунок 4. Первый дом по технологии мобильной SD-печати (г. Ступино, Россия)

Рисунок 5. Первый дом по технологии мобильной SD-печати (г. Ступино, Россия)

Преимущество строительства дома с использованием технологии печати «на месте»:

• высокая мобильность;

• нет необходимости в опалубке;

• ровные потолки и стены;

• на стройплощадке нет мусора;

• возможность индивидуального выбора конфигурации стен;

• стены можно дополнительно утеплять любыми подходящими для этого материалами;

• лучше удерживается тепло благодаря воздушной прослойке;

• итоговая стоимость дома значительно меньше, чем монолитного, построенного классическим способом;

4. Перспективы развития технологии контурного строительства

На данный момент перспективы SD-печати и, в частности, в строительстве, очень «многообещающие». Активно развиваются методики печати, типы материалов и новые технологии.

Производство жилья методом контурного строительства (около 50 м²) занимает полтора-два дня, а стоимость такого строительства в РФ (вместе с наружными и внутренними работами) - около 600 тысяч рублей (на 2018 год), что значительно дешевле покупки современного социального жилья (схема 3). Материал такой конструкции фасада является абсолютно пожаробезопасным.

Схема. Снижение стоимости строительства «контурным» методом.

Процесс строительства отличается высокой точностью выполнения операций. Таким образом, можно осуществлять укладку фундамента, стен, перекрытий, лестничных и других конструкций. В зависимости от модели принтера могут выполняться мелкие проемы, инженерные отверстия и коммуникационные ниши. В отдельных случаях строительный 3 D-принтер позволяет формировать специальные отверстия для дальнейшего внедрения арматурных стержней [4, с. 7].

Основная перспектива дальнейшего развития данного вида строительства заключается в оперативности при реализации архитектурных замыслов. Авторская идея, при создании проекта, стала менее зависима от индустрии строительных материалов; нет необходимости в том, чтобы придерживаться ограничений по форме, как при использовании заводских изделий. При реализации проектов предлагаемым способом идеи воплощаются напрямую, при этом устраняется сложная технологическая цепочка строительства при возведении здания - логистика сводится к минимуму.

Заключение

Различные преимущества, такие как создание сложных форм и структур, практически безотходное производство и создание объекта целиком, определяют перспективное будущее технологии контурного строительства и широкое ее распространение.

Аддитивное производство активно развивается на мировом уровне и предлагает возможности, с которыми обычное строительство не может конкурировать. При возведении какого-либо здания необходимо наличие различных строительных единиц: мелкоразмерных и крупноразмерных блоков, панелей, модулей. Возможность осуществления и создания нового строительного элемента определяется возможностью комбинации материалов и составляющих, а также их стоимостью. Чем больше такая единица, тем меньше её цена и быстрее скорость возведения, но из- за этого, как правило, теряется индивидуальность постройки. Контурное строительство, предлагающее материальную доступность и огромную вариативность при печати домов, может стать революцией в решении данного вопроса.

Огромная скорость, мобильность и, что очень важно, «привлекательная» финансовая доступность выделяет такое строительство среди других, что составит конкуренцию современным застройщикам. В процессе подобной стройки отходы могут быть еще раз переработаны, стройплощадки будут гораздо менее шумными, более чистыми и внешне привлекательными.

Библиографические ссылки

1. Бурдина, А. Печать домов на 3D принтере: перспективы развития техноло-гии.[Электронный ресурс]. - URL: http://www.berlogos.ru/article/pechat-domov-na-3d- printere-perspektivy-razvitiya-tehnologii/ (дата обращения: 19.10.18)

2. Информационный портал Make-3D. Печать домов на 3D принтере. [Электронный ресурс]. - URL: https://make-3d.ru/articles/3d-printer-dlya-pechati-domov/ (дата обращения: 19.10.18)

3. Компания по разработке оборудования для 3D печати. В России напечатали первый жилой дом. [Электронный ресурс]. - URL: http://apis-cor.com/about/news/first-house (дата обращения: 27.11.18)

4. Райтер А. Строительный 3D принтер. Новая технология строительства домов. [Электронный ресурс]. - URL: http://fb.ru/article/257514/stroitelnyiy-d-printer-novaya- tehnologiya-stroitelstva-domov (дата обращения: 27.11.18)

5. Энциклопедия 3D-печати. Напечатанный на 3D-принтере дом в Ярославле

готовится к заселению. [Электронный ресурс]. - URL:

http://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/printed-on-a-3d-printer-house-in-yaroslavl-prepares-to- move-in/ (дата обращения: 19.10.18)

6. Энциклопедия 3D-печати. Технологии 3D-печати. [Электронный ресурс]. - URL: http://3dtoday.ru/wiki/3D_print_technology/ (дата обращения: 19.10.18)

Размещено на Allbest.ru