3D-принтеры для строительства домов

Размещено на http://www.allbest.ru/

3D-принтеры для строительства домов

А.Н. Кудряшов

Описывается сущность, практическое использование и эффективность технологии 3D-печати, рассказывается о ее применении в строительстве. Приведен ряд компаний, производящих 3D-принтеры.

Ключевые слова: 3D-принтер; строительство сооружений; объемная модель; технология 3D-печати.

Связь строительной отрасли с компьютерными технологиями формируется годами и в наши дни польза от нее очевидна. Главным образом используются средства виртуального моделирования, которые позволяют с высокой точностью разрабатывать архитектурные и дизайнерские проекты. И этим не ограничивается потенциал новых технологий. Относительно недавно началась популяризация принтеров с трехмерной печатью, которые работают на основе тех же проектных решений с виртуальными компонентами. Продолжением концепции стал строительный 3D-принтер [1].

3D-принтер - это устройство для трехмерной печати, посредством которого можно генерировать объемные предметы, дублирующие заранее подготовленную виртуальную модель объекта. По сравнению с традиционными принтерами, которые выводят электронный текст на бумагу, 3D-устройства обеспечивают вывод трехмерной информации, то есть создают объекты с реальными физическими параметрами [2].

Сам же процесс печати - это ряд повторяющихся циклов, связанных с созданием трехмерных моделей. В целом процесс повторяет традиционное строительство. Работы также начинаются с разработки общей концепции здания, составления проектного решения и подбора материалов [3]. Начальные этапы строительства могут предусматривать также использование компьютерного моделирования - в любом случае непосредственные монтажные мероприятия будут задействовать мощности вычислительных машин. Далее формируется бетонная смесь, на основе которой будут выкладываться стены. Собственно, первые модели строительных принтеров могли выполнять лишь односложные задачи по укладке стеновых конструкций. В современных аппаратах предусматривается возможность не только устраивать различные по конфигурации сооружения, но также дополнять этапы строительства изоляционными и облицовочными работами. Конечно, о сооружении полноценных завершенных объектов еще рано говорить, однако производители оборудования стремятся к воплощению идеи строительства, не предполагающего последующую обработку.

Преимущества же 3D-печати перед привычными, ручными способами построения моделей очевидны - это высокая скорость, простота и относительно небольшая стоимость работы.

Например, для создания 3D-модели или какой-либо детали вручную может понадобиться довольно много времени - от нескольких дней до месяцев. В этот период включается не только сам процесс изготовления, но и предварительные работы - составление чертежей и схем будущего изделия, которые все равно не дают полного представления об окончательном результате [4]. 3d принтер строительный печать

3D-технологии позволяют полностью исключить ручной труд и необходимость делать чертежи и расчеты на бумаге. Благодаря соответствующей программе можно увидеть модель во всех ракурсах уже на экране и устранить выявленные недостатки не в процессе создания детали, как это бывает при ручном изготовлении, а непосредственно при разработке, а также создать модель за несколько часов. При этом возможность ошибок, присущих ручной работе, практически исключается [5].

На данный момент существует достаточное количество компаний, производящих 3D-принтеры, в них входят:

1. Contour Crafting.

Полноценная версия технологии предусматривает полностью автоматизированный процесс, включая установку арматуры и коммуникаций во время печати с помощью роботов-манипуляторов. Работы над технологией ведутся с 1995 года, однако практических результатов мало, либо же они держатся в секрете.

2. D-Shape.

Один из наиболее необычных вариантов строительной 3D-печати. В отличие от конкурентных установок, 3D-принтер D-Shape не использует позиционируемый по трем осям экструдер, а полагается на целый массив из 300 сопел, закрепленный на подвижной платформе.

D-Shape потенциально способна полностью «напечатать» двухэтажное здание - с лестницей, внутрикомнатными стенами, колоннами, сводчатой крышей, системой для трубопровода и т.д. - с использованием лишь обычного песка и неорганического связующего вещества. Получаемый материал, как говорят разработчики, внешне неотличим от мрамора и имеет те же физические свойства, включая долговечность и прочность, значительно превосходя по качеству каменную кладку и железобетон.

Однако, так как самим изобретателям еще не удалось «напечатать» обычный дом, используя эту технологию, вероятно, до момента широкого использования D-Shape пройдет еще немало времени.

3. StroyBot Андрея Руденко.

Андрей Руденко по праву является одним из первопроходцев строительной 3D-печати. Он напечатал пристройку площадью 130 мІ с несколькими спальнями, всеми необходимыми коммуникациями и даже джакузи.

В качестве расходного материала был использован геополимерный бетон из вулканического пепла. Проект уникален еще и тем, что гостиничное крыло стало первым в мире эксплуатируемым 3D-печатным объектом.

4. «Спецавиа».

Данная компания первой во всем мире наладила серийное производство 3D-принтеров для строительства домов.

Самым известным проектом с применением 3D-принтера «Спецавиа» стало возведение необычной сторожки на территории Екатеринбургского цементного завода. Директор предприятия, увлекающийся 3D-печатью со студенческих лет, решил поселить охрану завода в реплике башни замка Винтерфелл из популярного телесериала «Игра Престолов». Возводилась необычная постройка с помощью 3D-принтера S-6044 Long [6].

В ходе строительства использовались разные технологии, часть здания была напечатана прямо на площадке, а некоторые блоки - в цехе перед доставкой на объект и сборкой. Несъемная опалубка была армирована во время печати. После сборки силовые элементы стен были залиты бетоном, а внешний контур утеплен пеногипсобетоном.

5. Apis Cor.

Есть у «Спецавиа» и интересный, многообещающий конкурент в лице иркутской компании Apis Cor. Если 3D-принтеры «Спецавиа», как и большинства других компаний, используют портальную схему, то разработка Apis Cor основана на применении телескопического манипулятора на поворотной платформе. Другими словами, принтер возводит стены вокруг себя, а по завершении строительства переносится на другое место с помощью крана. Изначально предусмотрена высокая мобильность принтера: компактная установка весом в шесть тонн легко умещается в грузовик [7].

Первой полноценной демонстрацией возможностей данного 3D-принтера стало строительство опытного здания в Ступино. Необычная округлая форма домика площадью 37 кв. метров наглядно демонстрирует архитектурную гибкость строительной 3D-печати. На возведение стен ушло менее суток, но на полное затвердевание потребовалось еще около месяца [8].

Здание оснащено теплоизоляцией и всеми необходимыми коммуникациями, но жить в нем никто не будет, так как эта постройка предназначена только для демонстрационных целей.

Планируется также воплощение проекта более крупного масштаба: строительство двух демонстрационных домиков в Техасе, а затем возведение эко-поселка совместно с местной строительной компанией Sunconomy.

6. WinSun.

И наконец, самое известное отраслевое предприятие - китайская компания WinSun. Ее разработка представляет собой портальную конструкцию с габаритами 36 х 12 х 6 метров, а в качестве расходных материалов используются строительные смеси с наполнителями из переработанных отходов, вероятнее всего стеклопластика.

В 2014 году шанхайское предприятие прославилось на весь мир возведением десяти 3D-печатных зданий всего за одни сутки. В действительности небольшие «коробочки» были напечатаны блок за блоком в цехе, а затем собраны на строительной площадке без арматуры или коммуникаций, но с остеклением. Тем не менее начало было положено. Менее чем через год китайские строители отличились уже самым масштабным проектом на текущий день, а точнее сразу двумя - они возвели пятиэтажное здание и красивый особняк площадью 1100 кв. метров посредством 3D-печати [9].

Однако пока создатели строительных принтеров не решаются на полноценное представление своей продукции на рынке. Одним из главных факторов, который сдерживает распространение такой техники, является ее стоимость. И все же в специализированных областях наблюдается немалый спрос на строительные 3D-принтеры. Цена серийного оборудования начального уровня составляет около 700-800 тыс. руб. За эту сумму можно рассчитывать на ограниченный функционал, который тем не менее достаточен для качественного выполнения бетонных покрытий, создания стен и фундаментов. Сложные технологические операции подобные устройства выполнять не могут [10]. Агрегаты, которые способны возводить полностью каркасную основу домов, пользуются большим спросом, но и стоят недешево. Как правило, это массивный строительный 3D-принтер, цена которого составляет в среднем 2-3 млн руб. При этом нужно учитывать, что потребуются специальные материалы в виде рабочих смесей, которые тоже стоят дорого [11].

На данный момент практическая польза от строительной 3D-печати пока что сводится к изготовлению различных декоративных элементов и несъемной опалубки сложных форм.

Вопрос армирования и утепления решается достаточно просто: по мере печати слоев укладывается горизонтальная арматура, после застывания 3D-печатной опалубки устанавливаются коммуникации, а внутренний объем заполняется дополнительной арматурой, утеплителем и заливается бетоном в соответствии с проектом. Внешняя же поверхность стен шлифуется и/или оштукатуривается. В результате достигается существенная экономия средств на съемной опалубке и, что самое главное, рабочей силе. Последнее может оказать значительное влияние на темпы развития строительной 3D-печати в разных регионах мира, так как привлекательность подобной автоматизации прямо пропорциональна стоимости рабочей силы.

Таким образом, полностью автоматизированных технологий аддитивного строительства еще не существует, если не считать теоретических наработок Contour Crafting: заливать фундамент и устанавливать арматуру, коммуникации и перекрытия пока приходится вручную. С другой стороны, ничто не мешает переложить и эти задачи на роботов.

Печать домов на 3D-принтерах может кардинально изменить строительную отрасль - снизить цены и ускорить сооружение жилья при обеспечении хорошей сейсмоустойчивости. Особенно это касается малоэтажного и индивидуального строительства. Стоит надеяться, что эта технология получит широкое распространение и в России, что поможет строить доступное по стоимости жилье.

Библиографический список

1. Михайлова А.Е., Дошина А.Д. 3D принтер - технология будущего // Молодой ученый. 2015. № 20. С. 40-44.

2. Иванов В.П. Трехмерная компьютерная графика / Под ред. Г.М. Полищука. М.: Радио и связь, 1995. 224 с.

3. Доступная 3D-печать для науки, образования и устойчивого развития [Электронный ресурс]. URL: http://himfaq.ru/books/3dpechat/Dostupnaya_3D_pe-chat_dlya_nauki_obrazovaniya-kniga.pdf (16.05.2017).

4. Печать домов на 3D-принтерах [Электронный ресурс]. URL: https://make-3d.ru/articles/3d-printer-dlya-pechati-domov/ (16.05.2017).

5. 3D печать, коротко и максимально просто [Электронный ресурс]. URL: http://3dtoday.ru/upload/files/books/3Dprintbook.pdf (19.05.2017).

6. Спецавиа. Профессиональное 3D-оборудование [Электронный ресурс]. URL: http://specavia.pro (16.05.2017).

7. Тестирование 3D-принтеров [Электронный ресурс]. URL: http://www.vedomosti.ru/realty/articles/2016/12/07/668278-developeri-testirovat-3d-printeri (19.05.2017).

8. Строительный 3Д-принтер. Новая технология строительства домов [Электронный ресурс]. URL: http://fb.ru/article/257514/stroitelnyiy-d-printer-novaya-tehnologiya-stroitelstva-domov (03.06.2017).

9. Щадов И.М., Конюхов В.Ю., Галяутдинов И.И., Зимина Т.И., Шамарова Н.А. Развитие инвестиционной деятельности на территории Иркутской области // Проблемы развития экономики и предпринимательства. 2016. С. 8-12.

10. Конюхов В.Ю., Чемезов А.В., Федчишин В.В., Суслов К.В., Кычкин А.А., Кычкина Е.А., Зимина Т.И., Шамарова Н.А., Данилова А.С., Беляевская Т.С. Управление эффективностью инновационно-инвестиционных проектов в области охраны труда промышленных предприятий. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2016. 189 с.

11. Шамарова Н.А., Боброва К.С., Конюхов В.Ю. Комплексная методика проведения маркетинговой стратегии инновационного продукта // Россия - Монголия: Мат-лы Международной молодежной научно-практической конференции. 2016. С. 229-231.

Размещено на Allbest.ru