Строительные 3d принтеры доклад

Обновлено: 18.05.2024

Сейчас ставки делаются на инструменты, которые могут максимально сократить сроки, при этом оставив качество на высоком уровне. Является ли таким 3D-печать? Разбираемся.

С помощью 3D-принтера можно создать модель здания, напечатать его целиком, или, наоборот, создать очень маленькие детали (при разработке проекта интерьера или ландшафта).

Ждет ли 3D-печать повсеместное внедрение – как BIM-технологии, применение которых обязательно на всех объектах госзаказа с 1 января 2022 года? Какие плюсы у такого типа строительства? Подходит ли он российскому рынку? В каких странах популярна печать зданий? Нужны ли специалисты в этой области? Ответы на эти и другие вопросы – в нашем материале.

Внедрение BIM: взгляд изнутри

МАФы, или малые архитектурные формы, – это все, что окружает застройку: скамейки, урны, фонари, велопарковки, клумбы, ограды, указатели, фонтаны, декоративные водоемы, нестационарные торговые павильоны.

Именно они делают городскую среду уютной и комфортной.

Малые архитектурные формы – важнейший инструмент для формирования среды. Они организуют жизнь на территории, меняют отношение к улице и дворовым пространствам.

Кроме того, МАФы дают возможность заняться спортом, зарядить телефон, а в некоторых случаях помогут сориентироваться на местности, потому что, например, арт-объекты могут обозначать знаковые места. Они создают комфорт и являются точками притяжения, вокруг которых собираются горожане.

Прежде чем реализовать любой проект благоустройства специалисты изучают образ жизни жителей конкретного района – как они проводят досуг, чего им не хватает для комфортного времяпровождения на улице.

Хорошим примером можно считать качели на Триумфальной площади, которые вошли в набор малых форм урбанистической среды Москвы и стали популярны у горожан.

По его словам, в мире 3D-строительство появилось несколько лет назад. Им уже воспользовались в Китае, США, ОАЭ, Голландии и Германии. Россия тоже не отстает: 3D-дома возведены в Ступино и Ярославле.

Активно используют технологию в Дубае – к 2030 году четверть всех местных муниципальных объектов будет печататься. Для возведения самого крупного дома здесь на стройплощадке были задействованы всего три специалиста. То есть 3D-печать не только сокращает расходы и время на строительство объекта, но и зависимость от человека. Это играет важную роль в периоды, когда отрасль испытывает дефицит кадров.

Первое в мире здание, напечатанное на 3D-принтере. Офис в Дубае

печать опалубки бетоном или похожими смесями с пространством внутри, которое наполняется утеплителем;
печать готовыми бетонными или пенобетонными блоками.

С аппаратной точки зрения то, что сейчас называют строительным 3D-принтером, мало чем отличается от обычных 3D-принтеров, которые печатают расплавленным пластиком. Это одни и те же станки с ЧПУ, только стройпринтеры – больше размером.

Помимо этого, они активно используются и при моделировании зданий. В компании Formlabs, производителе таких машин, отмечают, что архитекторы и специалисты используют печать для получения деталей, таких как лестницы и деревья, которые долго создавать вручную. Кстати, фирма тесно сотрудничает с мастерской Renzo Piano, которая проектировала электростанцию ГЭС-2 в Москве.

В компании активно используют проектирование, которое позволяет удостовериться в том, что каждая составляющая работает и показывает здание в мельчайших деталях. Чтобы проверить разные варианты, для каждого проекта в Renzo Piano печатают сотни разномасштабных моделей.

Деревья на макете, напечатанные с помощью 3D-принтера Formlabs.
Фото: пресс-служба Formlabs

Рендер: пресс-служба Formlabs

3D-печать: не нужно бояться прогресса

О 3D-строительстве и его перспективах мы поговорили со старшим научным сотрудником Научно-исследовательского института строительных материалов и технологий (НИИ СМиТ), кандидатом технических наук Алексеем Адамцевичем.

– Распространен ли такой вариант возведения зданий в России?

Фактически возникла ситуация, когда имея передовые технологии в перспективной сфере, Россия рискует упустить тренд на формирование нового рынка, что может привести к уходу хороших стартапов в другие страны, где этот рынок активно формируется.

– Как вы думаете, есть ли шанс перейти от традиционного возведения зданий к строительству исключительно с помощью новых технологий, как BIM и 3D?

– Лично мое мнение – это неизбежный процесс. Все отрасли всегда идут по пути повышения производительности за счет автоматизации процессов. У строительной – накопился отложенный спрос на инновации и внедрение технологий автоматизации. Похоже, мы как раз живем в то время, когда долго копившийся спрос будет наконец реализован. Вероятно, стоит ждать новой технологической революции.

– Если в скором времени все будет делать машина, каким вы видите будущее строителей?

– Бояться прогресса не нужно – он неизбежен. Правильная тактика: быть на гребне развития. Хороший пример, немецкая компания PERI, мировой лидер в производстве опалубки для монолитного строительства. Как ни странно, но именно они сейчас считаются локомотивом продвижения 3D-печати в Германии. А ведь именно рынок опалубки первым окажется под ударом в случае перехода отрасли на аддитивные технологии. Но если бороться бессмысленно – надо возглавить, в этом смысле, фирма поступает очень дальновидно.

– Может ли печать на 3D принтерах сократить сроки строительства? Чем это удобно для специалистов отрасли и будущих пользователей зданий?

– И сроки, и стоимость. Аддитивное строительное производство – это не так сложно и дорого, как может показаться. Применение технологий строительной 3D-печати уже сейчас связано с доступным жильем для малоимущих семей и различными недорогими объектами социальной инфраструктуры. Например, в Индии недавно был предложен проект печати туалетов для обеспечения ими всех жителей страны.

Понимание экономических показателей такого вида производства уже есть: это отказ от использования опалубки, составляющей порядка 50% себестоимости возведения монолитной конструкции, снижение расходов на работников и заработную плату, избавление от трат на вывоз мусора, так как 3D-печать – практически безотходное производство. И самое главное: сокращение продолжительности инвестиционно-строительного цикла и более быстрый возврат инвестиций.

Строительные 3D-принтеры представляют собой инженерные устройства, создающие конструктивные элементы зданий, малые архитектурные формы или целые строения послойно — так же, как любой 3D-принтер печатает объекты из пластика или другого материала.

От обычного 3D-принтера строительный отличается используемым материалом и размерами — рабочей поверхностью ему служит участок стройплощадки или цеха, а печатает он цементной смесью.

Есть и конструктивные отличия, обусловленные спецификой материала — в частности, в строительном 3D-принтере нет необходимости в нагревающем элементе. Такие аппараты позволяют быстро и без лишних сложностей печатать объекты почти любых заданных форм, для обычного серийного строительства просто невозможных, с использованием стандартных смесей.

Начало

Нам интересно любое перспективное применение 3D-принтеров, так что, как только в сети начала появляться информация о применении 3D-печати в строительстве, мы оперативно нашли занятых этим людей и договорились о сотрудничестве. Особенно приятно было узнать, что в России есть компании, основательно занимающиеся строительными 3d-принтерами, и производят очень качественный продукт.

В России пионером 3D-печати в коммерческом использовании стала фирма СпецАвиа. Её персоналом был разработан и опробован прототип строительного 3D-печатного аппарата и осуществлена пробная печать.

Мы договорились о сотрудничестве, и командировали сервисного инженера в Ярославль для обучения, где тот узнал много полезного. В программу обучения вошли, в частности:

Краткий вводный курс по интерфейсу и функционалу управляющего софта
Инструктаж по алгоритму работы в программе SheetCam, конвертирующей файлы в послойный формат воспринимаемый принтером
Инструктаж по управлению принтером в программе Mach 3, непосредственно в процессе печати
Калибровка — выставление нулевых точек в разных областях печатного поля
Регулировка подачи бетона во время печати
Инструктаж по эксплуатации и сервису механической части принтера
Решение возможных неисправностей
Подготовка рабочих смесей

Первые шаги на практике

Получив первый заказ в этой области, мы отправили нашего сотрудника к покупателю — в Казахстан, для установки первого строительного 3D-принтера S-6045 и обучения персонала заказчика работе с ним.

Перед отправкой оборудования необходимо убедиться в надежности упаковки. Транспортные компании не всегда бережно обращаются с грузами, лучше лишний раз не рисковать — в нашем случае, при перевозке лишь отошло несколько контактов, но и это стоило нервов и нескольких часов времени, о чём ниже. Если же при перевозке что-то сломается, издержки могут быть значительно серьезнее.

В первые дни командировки наш сотрудник сверял комплектность доставленного оборудования, производил замеры помещения для расчета установки, согласовывал с представителями заказчика расположение будущего принтера, вводил их в курс запланированных работ и начал установку.

Была сделана разметка под установку и высверлены отверстия в полу под стойки.

После проведения подготовительных работ и установки стоек настала очередь монтажа несущих балок. Элементы конструкции весьма увесистые и для такой работы нужно несколько человек, о чём тоже лучше договориться с заказчиком заранее, иначе неизбежны проволочки. Люди, в конце концов, нашлись и всё было сделано.

Ещё одна сложность, которая может возникнуть при установке строительного 3D-принтера — неровный пол. При отсутствии ровной плоскости качество печати вряд ли будет хорошим. Очевидный выход из этой ситуации — выравнивание пола, — на этапе установки принтера вряд ли возможен. На это просто нет времени.

Именно такой сюрприз, а именно — значительный крен пола, мы и обнаружили проведя нивелировку.

Было решено сварить рамки из стального профиля, которые компенсировали бы неровность.

Это тоже заняло некоторое время. В конце концов, был привезен необходимый профиль, должным образом нарезан и сварен.

Для установки выравнивающих рамок, смонтированные уже стойки с балками пришлось поднимать строительным краном.

Были смонтированы суппорты и подшипники для них, после чего пришла очередь портальной балки. Тут снова пригодилась помощь строительного крана, но с ним пришлось повозиться — из-за конфигурации помещения и особенностей конструкции крана, пришлось подниматься к потолку и отключать концевики, ограничивающие его, крана, подвижность. Потолок там около 15 метров.

Монтаж стрелы экструдера и управляющих ею эксцентриков занял некоторое время — сварные швы на самой стреле мешали соединению со стыковочными пазами платформы. Пришлось выравнивать с помощью болгарки.

На заключительном этапе были подтянуты все соединения, смонтирован экструдерный бункер и опциональная часть конструкции — бетономешалка.

Подключение цепей питания и управления не сразу прошло гладко. Однако, на письмо с запросом, отправленное в Ярославль, в СпецАвиа отреагировали оперативно, предоставив все необходимые рекомендации по подключению, несмотря на закончившийся уже рабочий день.

В ходе проверки выяснилось, что при транспортировке отошли контакты на одной из плат системы. После восстановления контактов всё заработало.

После подключения и проверки соединения были смонтированы пресс-масленки на все подшипники, защитные щитки эксцентриков стрелы и комплектные таблички, на чём непосредственно монтаж и завершился.

Далее — установка и настройка программного обеспечения, проверка функционала. Монтаж подложки для свисающих проводов соединяющих подвижные части — она не предусмотрена комплектом поставки, но мы идем навстречу клиентам.

Обучение персонала заказчика обращению с принтером в процессе пробного запуска.
Заказчик решил испытать смесь собственного авторства, вопреки нашим рекомендациям. Что ж, хозяин — барин. Раствор, вполне ожидаемо, пополз. Однако, сам принтер работает штатно и к нам никаких претензий нет.

В процессе обучения персонала клиента работе с программным обеспечением, мы хотели продемонстрировать работу 3D-принтера с правильной смесью, но ингредиентов для новой смеси не оказалось.

Кстати, о смесях:

Обучение персонала и сдача объекта прошли максимально позитивно. Представители заказчика остались полностью удовлетворены поставленным и установленным оборудованием и довольны сотрудничеством.

Это был полезный опыт. Мы обозначили для себя несколько граблей, на которые второй раз уже не наступим — а это сделает дальнейшую работу приятнее и эффективнее. Несомненно, строительное 3D-печатное оборудование — это очень интересная область деятельности, как в части получаемого результата, так и в том, что требует максимум изобретательности и нестандартного подхода от занимающихся ею.

Серийная 3D-печать зданий становится реальностью — с помощью строительных 3D-принтеров печатают дома в России, Китае, странах Европы, Азии и Америки. В этом обзоре мы рассказываем о наиболее перспективных отечественных и зарубежных проектах в этой области.

Содержание

Видео

Технология печати

А начнем мы с технологии. Принцип работы строительных 3D-принтеров заключается в экструзии — или выдавливании — специальной смеси, слой за слоем, по заданной трехмерной компьютерной модели.

Заранее подготовленная смесь, состоящая из цемента, наполнителя, пластификатора и других добавок, загружается в бункер устройства и оттуда подается к головке принтера. Смесь наносится на поверхность площадки или предыдущие напечатанные слои.

По такому принципу работает большинство строительных 3D-принтеров. Среди них различают три типа устройств:

Портальные 3D-принтеры представляют собой конструкцию из рамы, трех порталов и печатающей головки. С помощью таких устройств можно печатать здания и по частям, и целиком — если они умещаются под аркой принтера.

Наконец, роботизированные принтеры — это робот или группа роботов типа промышленного манипулятора, оснащенных экструдерами и управляемых компьютером.

Есть и другие методы строительной 3D-печати. Например: оборудование D-Shape печатает наслоением порошкового материала с последующим связыванием его нанесением клеящего раствора.

Материалы

Основным материалом для 3D-печати домов являются мелкозернистые смеси, которые отличаются от традиционного бетона. Каждая компания разрабатывает свою рецептуру, которая соответствует устройству принтера и его сопла, а также специфике готовых изделий.

Самые важные параметры бетона для 3D-принтера — это прочность, скорость застывания и набора прочности, пластичность. Свойства бетона регулируются составом смеси — количеством цемента и качества заполнителей, а также добавками пластификаторов.

Готовые смеси позволяют печатать элементы различной сложности и размеров — от малых архитектурных форм, типа клумб и скамеек, до целых зданий, мостов и даже небоскребов.

Принтеры

Contour Crafting

В 2009 году резиденты стартап-инкубатора “Университет Сингулярности” (Singularity University aka Singularity Education Group, осн. в 2008 в NASA Research Park, Калифорния), под руководством Берока Хошневиса (Behrokh Khoshnevis), создали проект по развитию и коммерческому применению технологии контурного построения — Contour Crafting, которая считается первой строительной технологией 3D-печати и фактически стала самой распространенной — это та самая технология, при которой цементная смесь наносится экструдером, подобно пластику при печати FDM.

Основанная Бероком Хошневисом одноименная компания развивает эту технологию 3D-печати и сотрудничает с NASA. Разработчик предлагает использовать этот метод печати для восстановления пострадавших от стихийных бедствий городов и строительства сооружений на других планетах.

Компания использует для 3D-печати зданий управляемый компьютером портальный кран с закрепленным на нем экструдером. В процессе Contour Crafting задействован быстросхватывающийся материал, который наносится краном послойно. Технические элементы, такие как арматура и коммуникации, могут быть добавлены по мере создания слоев.

Этот дом в Ярославле — самое большое здание в Европе и СНГ, построенное с применением принтеров компании AMT. Его общая площадь — 298 квадратных метров.

Apis Cor

Габаритные размеры 3D-принтера в сложенном состоянии составляют 4×1,6×1,5 м, масса — 2 тонны. Площадь зоны печати — 131 квадратный метр. Для печати зданий и сооружений больших размеров можно применять несколько синхронизированных между собой 3D-принтеров.

WINSUN

Компания использует принтер на основе технологии FDM и один и поэтапный процесс с цементом, песком и стекловолокном. Эти материалы обеспечивают достаточную прочность стен. 3D-принтер WINSUN — это портальная конструкция с габаритами 36х12х6 метров.

D-Shape

D-Shape — один из наиболее необычных вариантов строительной 3D-печати. Устройство не использует позиционируемый по трем осям экструдер, а полагается на массив из 300 сопел, закрепленный на подвижной платформе. Размеры рабочей площадки принтера, в текущей версии — 6х6 метров.

Технология D-Shape напоминает струйную печать, совокупность сопел используется для нанесения связующего агента на слои песка.

CyBe Construction

Эти крупные промышленные устройства требуют участия двух операторов, но могут печатать большие строения очень быстро. К примеру, в Дубае в 2017 году компания напечатала лабораторию площадью 168 квадратных метров всего за три недели.

BatiPrint

Университет Нанта, Франция, совместно с Nantes Digital Sciences Laboratory (LS2N), работает над проектом печати домов на 3D-принтере, известном как Yhnova.

Проект Yhnova представляет собой строительство пятикомнатного социального жилья с дугообразными стенами и скругленными углами. Роботизированная рука Batiprint3D может печатать структуры высотой до 7 метров, площадь планируемого дома — 95 квадратных метров.

Итальянский производитель WASP создал крупнейший на сегодняшний день строительный 3D-принтер. Этот дельта-бот, высотой 12 и шириной 7 метров, имеет регулируемые рычаги длиной до 6 метров.

Применение принтера под названием BigDelta направлено на устранение жилищного кризиса, путем создания более дешевых домов, что особенно актуально для развивающихся стран.

Заключение

Строительная 3D-печать — одно из самых перспективных направлений в области возведения всевозможных сооружений. Ее применение сулит коммерческие выгоды, основанные на меньшем количестве необходимого персонала и сокращении затрат на материалы; социальные преимущества — в связи с возможностью быстрой постройки недорогого жилья для малоимущих и пострадавших при стихийных бедствиях; репутационные бонусы — более экологичное строительство с уменьшенными энергопотреблением и количеством отходов.

Оборудование для 3D печати изменило представление о прототипировании и серийном производстве. Аддитивные технологии нашли своё применение в автомобилестроении, авиационной промышленности, изготовлении бытовой техники, одежды и даже выращивании искусственных органов. Сфера строительства не стала исключением – 3D принтеры успешно применяются в процессе возведения малоэтажных зданий. Индустрия развивалась скачкообразно. Ни фотополимеризация, ни лазерное спекание, ни электронно-лучевая плавка не смогли доказать свою эффективность в области строительства. Но в 2014 году случился прорыв – частные компании, базирующиеся в США и Китае, почти одновременно начали работу над созданием оборудования, объединяющего в себе преимущества экструзии и метода многоструйного моделирования – так появились 3D принтеры для печати бетоном. Первые образцы использовались для создания малогабаритных архитектурных форм. Современная техника строит жилые дома. Говорить о печати перекрытий в воздухе пока не приходится, а этажность зданий зависит от габаритов машины, – тем не менее, построить жилой дом с межкомнатными перегородками, дверными и оконными проемами, разводкой под прокладку инженерных коммуникаций можно за 24 часа!

Конструкция 3D принтера для строительных работ

Производители не придерживаются единой концепции в процессе сборки устройства для печати строительных элементов: оно может быть мобильным или стационарным, напоминать кран на гусеничном ходу, систему балок и шарниров, брандспойт с сервоприводами. Действительно важно лишь то, на какую высоту, и по какой траектории устройство способно укладывать строительный материал. Передовые модели комплектуются дополнительной стрелой для обеспечения ускоренной подачи материала и электроподъемниками, чтобы печатать на готовом фундаменте. Толщина нанесения печатной смеси, конфигурация здания, создание многокамерных стен, автоматическое смешивание ингредиентов и подача в экструдер – все детали печати вносятся с помощью специального ПО, а подготовка занимает не дольше 30 минут.

Материалы для 3D строительства

чистый бетон;
пескобетон;
водостойкий гипс – для облицовочных работ;
смесь со стеклянным волокном – для печати объемных элементов;
с геополимерами из промышленных отходов – для хрупких конструкций;
смесь с фиброволоконом – для создания частей продолговатой формы;
противоморозная смесь – для работы при отрицательных температурах;
с пластификатором – для воссоздания ровной поверхности;
с добавлением диатомитовых шариков – для шероховатости;
модифицированный гипс – для декоративной печати.

Технология строительства с применением трехмерной печати

Большинство моделей предназначено для эксплуатации в закрытом помещении. У цехового оборудования есть весомый недостаток – напечатанные элементы надо транспортировать на стройплощадку. Мобильные устройства могут использоваться прямо на строительном участке для печати по фундаменту. Чтобы сохранить характеристики состава сооружается защитный колпак над объектом, в смесь добавляются присадки. Расходы материалов снижаются на 30-70% в сравнении с классической технологией.

Пионер отрасли – китайская компания WinSun Decoration Design Engineering. Её детище – стационарное устройство длинной 150 метров. Принтер WinSun работает с объектами высотой до шести метров. Для приготовления строительной смеси используются сталь, стекло, бетон, строительный мусор и цемент. В сравнении с традиционными методами строительства, китайское устройство возводит аналогичное по габаритам и планировке здание на 50% быстрее. Основные статьи экономии: трудозатраты (до 80%) и расход материалов (до 60%). Примеры работы:

В США ведущие позиции занимает Apis Corp. – использует аппарат для аддитивной печати. В отличие от предшественника, выглядит как компактный кран, который выстраивает здание вокруг себя.

Печатает смесью на основе бетона. После завершения работ устройство разбирается либо извлекается с помощью грузоподъемного оборудования.

Производитель утверждает, что его разработка экономит до 70%. Испытания показали, что себестоимость создания квадратного метра – 220$. 3D принтер Apis Corp. в работе:

Как используются машины для печати бетоном

В ОАЭ строится город, предназначенный для тренировки космонавтов в условиях, приближенных к реальности. Перед тем, как будущие колонизаторы отправятся осваивать Марс, им предстоит построить колонию на Земле. Проект называется Mars Science City. Стены хозяйственных построек возведут из песка с помощью 3D принтера.

Тем временем, NASA совместно с армией США и компанией Caterpillar работают над технологией быстрого возведения экспедиционных конструкций из подготовленной смеси и случайных подручных материалов для строительства казарм, баррикад, барьеров, мостов, заградительных препятствий, барьеров. В Амстердаме (Нидерланды) установили первый в мире железобетонный мост, сделанный с помощью объемной печати. Мост длиной 8 метров состоит из 800 слоев армированного бетона, способен выдержать вес 40 большегрузов.

Аналогичный проект воплотили в жизнь в Испании. Мост сделан из железобетона. Длина конструкции – 12 метров. Инженеры работали над проектом 15 лет.

Apis Corp. напечатали жилой дом за 24 часа. Площадь жилья – 38 метров 2 . Стоимость строительных работ составила чуть больше десяти тысяч долларов.

HuaShang Tengda за 45 дней напечатали особняк, площадью 400 квадратных метров. На производство несущих конструкций было затрачено 20 тонн бетона C30, из которого сделали несъемную опалубку толщиной 250 мм. Сейсмические испытания доказали, что здание способно выдержать землетрясение силой восемь баллов по шкале Рихтера.

WinSun не отстает от конкурентов. Жилой комплекс площадью 1100 квадратных метров:

Стремительное развитие аддитивных технологий позволило успешно применить Зд принтер для строительства дома. Послойное наращивание объектов заметно ускоряет возведение зданий, снижает затраты средств и человеческих ресурсов. Наибольших успехов в этой области добились китайцы, американцы и голландцы. Однако достижения российских инженеров занимают здесь далеко не последнее место.

Особенности технологии
Преимущества в сравнении с кирпичным и блочным строительством
Почему в России еще не все так строят
Альтернативы для обычного строительства
Виды принтеров для архитектурных работ
Видео обзоры с реальной работой принтеров
Причины не дающие заменить панельное строительство домов
Явные недостатки любого принтера при масштабном внедрении в постройку домов

Особенности технологии

Строительство домов с помощью 3D принтера стало реальностью благодаря калифорнийскому профессору Бероху Хошневису – изобретателю технологии Contour Crafting. Главным элементом инновации стал установленный на подвижной платформе экструдер, обеспечивающий послойное наращивание создаваемого объекта. Экструзия контролируется компьютером и производится согласно предварительно созданной трехмерной модели.

Процесс не нуждается в длительной и трудоемкой подготовке. Площадка расчищается и выравнивается с помощью стандартной техники, после чего на ней располагается 3D-принтер. Быстротвердеющая строительная смесь под давлением подается на головку принтера, откуда из сопла равномерно распределяется по рабочей поверхности. Строительные принтеры 3D-Shape в качестве расходного материала используют порошок, который после наслоения связывается, образуя монолитную конструкцию.

В 3D строительстве применяются вращающиеся и дельта-принтеры. Разнообразие бетонных смесей обеспечивает печать элементов различной сложности и размеров. С их помощью создаются декорации, малые архитектурные формы, здания, мосты и пр.

Мелкозернистая строительная смесь, используемая в принтерах, отличается от обыкновенного бетона. У каждой компании, осваивающей 3д строительство, расходный материал изготавливается по собственной рецептуре, которая зависит от особенностей оборудования и специфики возводимого объекта. Отдельным ноу-хау являются пластификаторы, благодаря которой увеличивается подвижность цемента, снижается содержание воды и увеличивается прочность.

Преимущества в сравнении с кирпичным и блочным строительством

По сравнению с традиционным возведением зданий 3D строительство обладает следующими преимуществами:

На постройку дома с отделкой и коммуникациями требуется средств не больше, чем на аналогичное по площади здание из бруса без внутренних работ. При этом с развитием 3Д-технологий прослеживается тенденция к уменьшению стоимости их применения.
При возведении 3D-печатного объекта задействовано гораздо меньше людей, чем на традиционных стройплощадках. После подготовительных работ в управлении и обслуживании техники участвуют 1–3 человека. В человеко-часах разрыв между обычным и 3д-строительством достигает 50–80%.
При подготовленном фундаменте возведение стен по 3D-технологии занимает несколько суток. Основное время затрачивается на установку крыши, отделку и проведение коммуникаций. На сдачу в эксплуатацию быстровозводимых каркасно-щитовых домов уходит не менее месяца.
Строительный мусор и загромождение окружающей территории – проблема любой стройплощадки. При работе 3д принтера отходы сводятся к минимуму, а некоторые из них после переработки вновь пускаются в дело.
Благодаря технологии сокращаются затраты на возведение объектов с уникальной архитектурой. При этом сложность создаваемых геометрических форм не отражается на скорости процесса.

Достоинства стройки по объемной технологии относительно стандартному процессу представлены в таблице №1.

Плюсы 3D-технологии	Минусы традиционного строительства
Высокая скорость, независимо от сложности объекта	Длительность стройки зависит от используемых материалов и архитектурных нюансов
Минимальное количество персонала	Необходимость в значительном количестве специалистов различных профилей, подсобных рабочих и пр.
Чистота на стройплощадке, повторное использование отходов	Захламленность территории, необходимость в последующем вывозе строительного мусора
Низкая стоимость работ	Необходимость в большом количестве специальной техники и транспорта
Оперативный запуск техники на новом месте	Зависимость от климатических условий

Возведение домов с помощью 3D принтера более целесообразно из экономических соображений. При строительстве отпадает надобность в некоторых материалах и процессах, уменьшаются затраты на логистику и пр.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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.

Явные недостатки любого принтера при масштабном внедрении в постройку домов

Недостатки строительных 3D обосновываются:

высокой стоимостью;
чувствительностью к условиям окружающей среды;
отсутствием единых стандартов.

При возведении жилого дома с помощью 3Д моделирования, необходимо быть готовым к собственноручной прокладке коммуникаций, а также выравниванию и отделке стен.

Читайте также: