Если ли перспективы печатать дома на 3D принтере? July 2nd, 2017
Очередной раз читаю, что пытаются напечатать дом на 3D принтере. Ну сколько можно? Кому еще не понятно, что такой дом будет либо максимально простым и маленьким или построить его будет намного проще и быстрее традиционными методами! Да, вы избавитесь от бригады каменщиков, но обслуживать принтер тоже народ нужен, подвозить материалы так же нужно. И что может этот принтер? Построить простой вагончик? Так его любой каменщик "незадорого" сложит вам. А если учесть сложность с проведением коммуникаций, программированием и вдруг ремонтом этого принтера то я уж не знаю где там видны плюсы всего этого...
Ну вот смотрите, 8 профессоров ETH Zurich сооружают трехэтажный дом под названием DFAB House , используя практически только цифровые процессы. В строительстве задействован строительный робот - промышленный манипулятор на мобильной гусеничной платформе.
Робот формирует плотную конструкцию из стальной проволоки, которая одновремнно служит опалубкой и арматурой для бетонной конструкции. Особенность подхода в том, что бетонная смесь закачивается внтурь решетки и не выходит за ее пределеы. Так робот формирует несущую стену с двойным изгибом - элемент, который удобно использовать для формирования помещений с открытой планировкой. Также для строительства применяют элементы, изготовленные из песка с помощью 3D-принтера, в частности, "смарт-потолок".
Для формирования фасада планируется задействовать технологию динамического литья. Комнаты на втором и третьем этажах будут построены из деталей, напечатанных на строительном 3D-принтере в лаборатории ETH Zurich и отдельных деревянных элементов, собираемых в единую структуру коллаборативными роботами.
Сооружение трехэтажного здания планируется завершить к лету 2018 года. Дом будет служить гостям и партнерам исследовательского центра Empa
И что тут такого настолько интересного, что нельзя построить без принтера и быстрее? Нет, конечно может быть это тестирование каких то технологий рассчитанных на далекое будущее, но пока вообще не впечатляет.
Что еще было по этой теме? Ну вот например 3D-принтер печатает 10 домов в Шанхае
Что тут удивительного и сложного для обычной постройки?
Хотя конечно в Shanghai WinSun переполнены энтузиазмом. Тестовые образцы обошлись предприятию на 50% дешевле, чем при использовании классических методов строительства. Но что то ох как не верится с учетом стоимость работы китайских рабочих и стоимости такого принтера или принтеров.
Вот Ярославцы возводят первый дом в России, построенный 3-D принтером
Не увидел аргументов - зачем это?
Вот в городе Ступино Московской области напечатан первый дом по технологии мобильной 3D-печати. Компания Apis Cor и ГК ПИК успешно завершили проект, анонсированный в декабре 2016 года.
В декабре 2016 года компания Apis Cor в сотрудничестве с ГК ПИК приступила к печати здания с помощью мобильного 3D-принтера. Строительство проходило на испытательной базе компании Apis Cor 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.
После завершения печати стеновых конструкций принтер извлекли из здания с помощью крана-манипулятора.
Площадь отпечатанного здания — 38 м².
Впервые в российской строительной практике дом был отпечатан целиком, а не собран из отпечатанных панелей.
Дизайн одноэтажного жилого дома необычный. 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, ведь аддитивная технология не имеет ограничений по дизайну возводимого здания, кроме действующих законов физики, а значит, пора говорить о новом фантастическом потенциале архитектурных решений.
Дом возводили в самое холодное время года. Зима добавила сложности для участников проекта, поскольку применение бетонной смеси, используемой в качестве «чернил» возможно только при температуре от 5˚С выше нуля, хотя само оборудование способно работать при температуре до минус 35˚С. Задачу решили с помощью установки крытого тента, где поддерживался необходимый температурный режим.
Ну может быть это и быстро сделали, хотя еще не известно бригада каменщиков из блоков насколько быстро бы соорудила эту загогулину.
А кто вообще будет жить в этих "вагончиках" маломерках? А постороить нормальный двухэтажный дом с помощью принтера уже будет намного сложнее...
Принтер позволяет быстро «напечатать» все стены и прочие конструкции, например, лестницы, но кровлю нужно делать традиционными методами – принтеров, способных напечатать качественную крышу, пока что не существует. Само собой, после завершения строительства потребуется внешняя и внутренняя отделка, прокладка коммуникаций, монтаж окон и дверей.
Это все конечно технологично, красиво, современно, интересно, но есть ли у этого перспективы в массовом секторе, а не только для новостей робототехники и дизайнерских заморочек?
В последние годы, инженеры многих стран - особенно тех, где население слишком стремительно увеличивается, усердно работают над созданием строительных принтеров, с помощью которых можно быстро, а главное недорого, возводить небольшие дома. Почему недорого? Да потому, что на создание раствора идут отходы строительного производства, которые измельчаются, и перемешиваются с цементом. Себестоимость жилища площадью 200 м2, составляет меньше 5000 долларов, а для малоимущих людей этот аспект наиболее важен. Вот об этой технологии мы и хотим вам немного рассказать.
Над созданием печатающих устройств, с помощью которых можно возводить дешёвые постройки, параллельно работали инженеры разных стран. Но как всегда, китайцы впереди планеты всей - их принтер имеет самые большие габариты (32м*11м*7м). Год назад на нём, всего лишь за сутки, напечатали 10 небольших домов (по 60 м2).
Пока в них никто не живёт, их тестируют, наблюдая, как поведут себя конструкции под воздействием солнца, ветра и перепадов температур. Но результаты ещё никого не разочаровали. Во всяком случае, выяснилось, что проливные дожди и жара им нипочём. Поэтому первыми строить по этой технологии, стали страны с тёплым климатом.
Создатели самого крупного принтера, подтвердили качество 3Д строительства на своём примере. Все стены офиса компании, занимающейся разработкой и продвижением данной технологии, находящейся под Шанхаем, напечатаны на трёхмерном принтере. Здание имеет общую площадь 10 000м2, и его постройка была завершена всего за 30 дней.
Главное, все увидели и поняли, что для людей это благо, и наверняка не за горами тот день, когда будет создан ещё более мощный принтер, который сможет увеличить масштаб возводимого объекта.
Как уже было сказано, возможности строительных принтеров отличаются. Некоторые умеют печатать только фрагменты домов, которые находятся в горизонтальном положении. После набора прочности секции поднимают, устанавливают вертикально, и соединяют между собой – что мы и видим на фото снизу.
Но есть и такой вариант, который может печатать дом непрерывным способом – то есть, по контуру. В будущем, это даст возможность строительным фирмам, имеющим в распоряжении такое оборудование, выезжать с ним по адресу, и возводить дом прямо на месте. Нисколько не сомневаемся, что в ближайшее время появятся и комбинированные машины, которые смогут делать и то, и другое.
В нашей стране, над данной технологией работают в Ярославле, где полным ходом печатают пока только малые архитектурные формы: лавочки, беседки. Однако уже приступили и к строительству жилого дома с полумансардой, площадью 80м2. Оно не обещает быть таким быстрым, как у китайцев – всё-таки у нас не субтропики. Тем более что дом ведь нужно не только построить, но и произвести отделку, подключить коммуникации. Но к лету 2017 года дом планируют сдать, после чего можно будет увидеть фотографии его фасадов и интерьеров. Осталось немного, поживём – увидим.
Выполняя заданную программу, трёхмерный принтер может работать круглыми сутками, и не требует никакого контроля и обслуживающего персонала. Этот факт наверняка заинтересует и тех, кто ищет возможности для создания нового бизнеса. Несмотря на то, что сам принтер стоит недёшево, нарастающая популярность домов, построенных по технологии 3Д-печати, сулит немалые выгоды. Тем более что сроки выполнения заказа неимоверно компактны.
Для работы принтера не обязательно, как у китайцев, должен использоваться состав на основе цемента и измельчённого строительного мусора. Это может быть обычный пескобетон на базе портландцемента М500, или даже глинобит, который используют в южных регионах. Для прочности, раствор армируют стекловолокном, целлюлозной, либо полимерной фиброй.
Обратите внимание! Заметим, что напечатать на принтере можно стены, перегородки, лестницы, и даже некоторые элементы фундамента – но кровлю придётся выполнять традиционными способами, ведь она сооружается не из бетона, а из деревянных балок.
С учётом времени, необходимого на прокладку коммуникаций и отделочные работы, дом в 200 квадратов площади можно будет сдать максимум за 6 месяцев. Однако указать точную себестоимость такого дома сложно. В первую очередь, это будет зависеть от состава раствора. Ведь не факт, что все смогут так перерабатывать строительные отходы, что их можно будет использовать в качестве наполнителя. Да и потом, стоимость кровли, отделки, окон-дверей и коммуникаций, тоже бывает разной.
Специалисты подсчитали, что дом, построенный по технологии 3Д печати, сданный под ключ, будет стоить порядка 20 000 долларов, что вдвое меньше аналогичного строения из кирпича. При этом качество строительства получается на порядок выше. Данная технология позволяет получить идеальную геометрию строения: проёмы ровные, нет отклонений ни в плоскости стен, ни по углам. Соответственно, поверхности не надо дорабатывать – а это тоже экономия.
Сегодня трёхмерные строительные принтеры есть в продаже. Небольшие модели для печатания МАФ и отдельных малогабаритных конструкций, стоит порядка 9000 долларов. Устройство для крупных конструкций и монолитных зданий, стоит уже в пределах 20000-28000 долларов. Фактически – стоимость одного готового к эксплуатации дома. Но ведь, сколько жилья он сможет построить! Учитывая, себестоимость построек и сроки их возведения, срок окупаемости такого принтера составит максимум 18 месяцев.
Компания «Бетонатор» построила 3D-принтер и намерена весной напечатать свой первый частный дом площадью в 120 кв. м. Об этом «Инвест-Форсайту» рассказал владелец и гендиректор компании Алексей Федосеев. Это будет не первый дом в России, созданный по аддитивной технологии, но компании Федосеева удалось впервые в России создать 3D-принтер, который будет печатать дома большой площади.
Три года назад мировые СМИ рассказывали о домах, напечатанных на строительных 3D-принтерах в Шанхае, Амстердаме, недавно – в Дубае. А принтер словенской компании BetAbram P1 способен напечатать бетонное здание без опалубки объемом 144 кв м. В 2014 году китайская компания Winsun возвела десять 3D-печатных зданий всего за одни сутки, а в 2015 г. Winsun соорудила пятиэтажное здание площадью 1100 кв. м. Всех удивляла скорость создания таких сооружений – всего несколько часов, и готовы стены. Но 3D-печать в строительстве пока не нашла широкого применения. Проблема – ограниченная зона печати. Так, в России есть компания «Спецавиа», предлагающая к продаже строительные принтеры. В 2017 г. их клиент уже построил частный дом в Ярославле площадью около 300 кв. м. Однако процесс строительства занял почти два года, а стены были собраны из блоков, напечатанных на принтере. В 2016 г. иркутская Apis Cor напечатала дом в подмосковном Ступине площадью 32 кв. м. С тех пор дома, созданные по аддитивной технологии, в России пока больше не появились.
«У нас 3 D -принтеры делают машиностроители, а не строители, поэтому эти принтеры не очень применимы для работы в условиях реальной стройки », – поясняет ситуацию Алексей Федосеев .
У Федосеева свой строительный бизнес. Посетив несколько лет назад выставку 3D-принтеров, бизнесмен загорелся идеей сделать большой 3D-принтер самому и напечатать на нем дом.
Принтер «Бетонатор » был собран в России. Устройство отличается тем, что у него изменяемое рабочее поле. Машина устанавливается прямо на фундаменте будущего здания или перекрытии этажа, что дает возможность изменить длину и ширину строения под потребности заказчика. «Бетонатор» может печатать стены здания прямо на фундаменте. Строительный 3D-принтер использует в качестве рабочей массы бетонный раствор с примесями. Подача смеси осуществляется через специальный автоматический экструдер. Ширина слоя при печати – 3 см, но ее можно менять, например, для печати полых стен. Если установить несколько опорных модулей, принтер может стать сколько угодно большим. Самый небольшой принтер имеет размер 6 м на 6 м, весит 500 кг, легко разбирается и перевозится. Его цена – около 3 млн руб.
3D-печать устраняет человеческий фактор в строительных работах и заменяет несколько технологических процессов – он может напечатать не только несущие стены, но и коммуникации-вентканалы, дымоход, а также – камин, стол, ниши в стенах. Однако изобретенный «Бетонатором» принтер не умеет печатать перекрытия, утеплять стены, создавать стекло и окна. Все это делается обычным способом, либо перекрытия допечатываются отдельно. Впрочем, так работают и другие 3D-принтеры.
На сегодня у компании есть заказ на частный дом в Пушкинском районе Московской области, его площадь будет около 120 кв м. Это будет двухэтажное здание, уже готов его фундамент. Но печатать стены будут не раньше апреля.
«Отлили фундамент, но зимой решили лучше не печатать, 3D-печать – дело такое тонкое. Очень важно правильно изготовить «чернила», а минусовая температура не лучшее время для бетонирования », – поясняет Федосеев.
Стены дома будут напечатаны за сутки, а их себестоимость вдвое ниже кирпичной стены. Если бы дом строился из кирпича, то процесс кладки растянулся бы на 2-3 недели. Плюс при печати дома не образуется строительный мусор.
3D-печать позволяет создавать стены любой формы, с любым декором, этим она также интересна архитекторам. Андрей Руденко на изобретенном им 3D-принтере напечатал спиральные колонны для филиппинской гостиницы Lewis Grand Hotel, «Спецавиа» – печатные церковные купола для церкви в деревне Солонино Ярославской области.
«3 D -печать идеально подходит для Гауди (знаменитый испанский архитектор – ред.), жаль, мы с ним разошлись во времени », – говорит Алексей Федосеев.
«Бетонатор 3D» не собирается останавливаться. У компании есть модель нового строительного 3D-принтера, который сможет печатать дома в три этажа. Федосеев уверен: напечатанные на принтере дома будут востребованы на рынке. Но у бизнесмена нет полмиллиона долларов, чтобы профинансировать создание нового принтера. До сих пор Алексей Федосеев финансировал проект за счет других своих бизнесов, но сегодня подумывает о сборе средств через ICO.
Технология 3D печати стремительно развивается и находит применение в самых разнообразных областях деятельности. Способ послойного создания предмета на базе виртуальной объемной модели успешно используется в машиностроении, электронике и медицине. Но оказывается, что 3D принтеры могут внести неоценимый вклад и в развитие строительной сферы. С помощью технологии объемной печати можно создавать здания и архитектурные сооружения. Возможно, на наших глазах происходит самая настоящая научно-техническая революция.
3 D принтер построит дома на Луне?
Примерно с середины 2000-х годов параллельно друг с другом в различных университетах мира начались исследования, ориентированные на изучение возможности использования 3D печати в строительной сфере. В 2012 году профессор Берох Кошневис (Behrokh Khoshnevis) из Университета Южной Калифорнии провел презентацию своего инновационного проекта – строительство домов с помощью 3D принтера. Он подумал, что раз с помощью трехмерной печати можно создавать самые разнообразные предметы и объекты, то почему бы не печатать дома с помощью таких принтеров?
Для печати домов Кошневис предложил использовать послойный метод создания, который сам он назвал Контурной обработкой. В качестве материала для строительной печати можно использовать бетон или глину. Сам принтер в этом случае представляет собой передвижное устройство, высотой больше создаваемого здания. Гигантское устройство ездит по специальным рельсам вокруг возводимого дома.
Принцип строительства очень простой: в такой 3D принтер заливают бетонную смесь, и затем осуществляется процесс трехмерной печати, когда слой за слоем формируется заданная конструкция. Нижние слои постепенно уплотняются, что дает им возможность выдерживать все более увеличивающийся вес конструкции. То же самое происходит и в обычном трехмерном принтере, создающем предметы из пластмассы.
Данная технология будет оптимальна для осуществления быстрого строительства – возведения домов после чрезвычайных происшествий или для создания бюджетного жилья. В частности, на постройку стандартного двухэтажного жилого дома в Америке уходит от полутора до шести месяцев. Причем значительная часть строительных работ по-прежнему делается вручную. С помощью 3D технологии это же здание можно будет возвести буквально за день, причем без привлечения большого количества рабочей силы. Принтер будет поэтапно сооружать фундамент, закладывать стены и возводить сам каркас дома. Рабочим же останется только вставить двери и окна в подготовленные проемы. Таким образом, технология 3D печати не только значительно сократит сроки строительства, но и удешевит его.
В данный момент технология проходит тестирование. Сам профессор Кошневис утверждает, что она будет полностью готова к 2017 году. Как бы то ни было, новыми возможностями в области возведения зданий сразу же заинтересовались даже не строительные компании, а космическое агентство НАСА. Оно выделило специальный грант для изучения возможностей использования технологии 3D строительства на Луне. Ведь 3D принтерам для выполнения работы не нужен кислород и, главное, они могут осуществлять строительство в самых экстремальных условиях, включая вакуумное пространство или очень высокие температуры.
Послойное экструдирование
В большинстве современных строительных принтеров заложен метод, который используется профессором Берохом Кошневисом. Это послойное экструдирование вязкой строительной смеси. Сам принтер имеет сопло или экструдер, из которого выдавливается быстро затвердевающая смесь. Она похожа на зубную пасту, выдавливаемую из тюбика. Это сметанообразная бетонная смесь с различными добавками. Технология предусматривает, что каждый новый слой этой смеси выдавливается из печатающего устройства поверх предыдущего, в результате чего формируется определенная конструкция. Бетонная смесь позволяет получить оригинальные архитектурные формы без опалубки, сокращая время и затраты на строительство.
3 D дома в Китае
Пока в Америке технология 3D строительства тестируется исследователями, в Китае уже печатают самые настоящие дома. В этом году архитектурная компания Winsun, расположенная в городе Сучжоу, начала возводить небольшие жилые дома с помощью огромного 3D принтера. Принцип использовался тот же — послойное экструдирование. В качестве материала применялся строительный мусор и цемент, усиленный стекловолокном. Стены здания были напечатаны с помощью огромного 3D принтера, а вот крыша осталась единственной частью, которую пришлось возводить вручную. Как бы то ни было, данная технология позволила построить из промышленных отходов десять компактных жилых домов площадью двести квадратных метров всего за сутки! А себестоимость строительства каждого такого домика составила всего около пяти тысяч долларов.
Архитектурная компания Winsun использовала для строительства жилых домов гигантский промышленный принтер длиной в сто пятьдесят метров и высотой в шесть метров. Пока речь идет лишь о возведении недорогого, бюджетного жилья. Для Китая с его перенаселенными городами технология 3D строительства может открыть огромные перспективы. Впрочем, если взглянуть на эти домики, возведенные с помощью 3D принтера, то они не произведут большого впечатления. Это прямоугольные, очень простые сооружения. Однако для рынка экономичного, быстровозводимого жилья – они действительно находка. В Китае в ближайшие годы планируется построить несколько предприятий по переработке отходов и мусора, чтобы наладить выпуск смеси в больших объемах для осуществления 3D строительства.
Серийные 3 D принтеры
Компания BetAbram готовит к выпуску серийный 3D принтер для возведения домов, который сможет приобрести любой желающий. Печатающее устройство способно перемещаться как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях. Пока высота ограничена двумя метрами, однако в компании утверждают, что высоту можно будет увеличить в случае необходимости с помощью специальной системы рельсов и подвижной платформы. В модельном ряду BetAbram будет три модели строительных принтеров. Модель P3 позволит напечатать маленький дом длиной четыре метра и шириной три, принтер P2 – бетонный дом без опалубки 12 х 6 метров, и P1 – здание 16 х 9 метров.
Стоимость модели P1, позволяющей строить самый большой по площади дом, будет составлять сорок четыре тысячи долларов. Разработчики этих устройств считают, что поскольку принтер может печатать несущие конструкции, его цена полностью себя оправдывает.
Дом, напечатанный из соли
Все вышеупомянутые проекты ориентированы на возведение несущих конструкций и стен, однако в компании Emerging Objects справедливо полагают, что возможности 3D печати отнюдь не ограничиваются строительством наружных стен. Ведь с помощью печатающего устройства можно заняться и внутренними интерьерами. В Emerging Objects предложили использовать для создания межкомнатных перегородок, которые бы изящно зонировали внутреннее пространство дома, соляной полимер. Специалисты этой компании соединили строительный клей и соль, получив экономичный, легкий полупрозрачный материал, который идеально подходит для 3D печати. Материал получил название Saltygloo, и, несмотря на свою легкость, он прочнее цемента. Из него будут создавать внутренние стены и межкомнатные перегородки. При желании стены из Saltygloo можно отшлифовать до блеска, либо оставить шероховатыми.
В настоящий момент американская компания работает над своим проектом «Печатный дом 1.0». Он предусматривает строительство дома с помощью печатающего устройства. Причем для возведения внутренних стен используется Saltygloo, а для наружных — блоки Picoroco, представляющие собой цементный полимер. Возводимый 3D дом будет состоять из просторных помещений, разделенных на небольшие комнаты. Полупрозрачные стены из смеси соли со строительным клеем будут создавать в комнатах эффектное освещение.
3 D печать стройматериалов
А вот в Голландии пошли несколько другим путем. Группа ученых из Sabin Design решила найти применение 3D печати не для возведения зданий, а для получения экономичных и надежных строительных материалов. Им удалось создать посредством трехмерной технологии печати керамические кирпичи Polybrick, которые внешне похожи на шлакоблоки. Отличительная особенность и преимущество таких кирпичей – для их установки не требуется использовать клей или строительный раствор как в случае с обычными кирпичами. Кирпичи Polybrick обладают конической формой и надежно крепятся друг к другу.
Новый строительный материал, создаваемый путем 3D печати из специального цветного порошка, обжигается слабым огнем, приобретая красивый вид атласной глазури. Печать кирпичей экономически оправданна, затраты на их производство минимальны. При этом Polybrick могут использоваться для создания самых разнообразных кирпичных конструкций без применения специального раствора.
Впрочем, полноценный 3D дом в Голландии все же строится. Этим проектом в Амстердаме занимается компания DUS Architects. Печать всех без исключения составных частей дома будет осуществляться на огромном принтере KamerMaker. На подготовку проекта к реализации у голландских специалистов уйдет примерно три года, а вот сам процесс строительства планируется завершить всего за неделю. Это будет трехэтажное здание с небольшим дополнительным помещением под крышей. Примечательно, что в качестве материала для возведения здания будет использован биопластик, который предварительно подвергнут вторичной обработке для измельчения в мелкий порошок.
3D принтер для возведения дома на берегу канала Буйкслотер представляет собой гигантскую установку, которая превышает в несколько раз размеры промышленного станка. На первом этапе планируется распечатать каждую составляющую дома в масштабе 1 к 20, чтобы протестировать и проверить надежность конструкций, а затем уже начинать возведение здания с помощью принтера KamerMaker в натуральную величину.
Трудности 3 D строительства
Несмотря на то, что 3D печати предрекают огромные перспективы в строительстве и дома, напечатанные принтером, уже существуют в реальности, имеется множество тонких вопросов, касающихся самой технологии возведения зданий. В частности, 3D принтеры строят дома путем нанесения слоя бетонной смеси на ранее выложенный слой. При этом ничего не говорится о применении в строительстве арматуры – вертикальная арматура просто помешает принтеру свободно перемещаться над слоями на нужной высоте. Однако бетонные дома для обеспечения высокой надежности конструкции просто не могут обойтись без арматуры. Такой дом потрескается и рассыплется с течением времени. В Китае выстроенные принтером дома армировали стеклопластиковой сеткой. Однако прочность и надежность таких конструкций все же вызывает вопросы. Вероятно, эта проблема может быть решена путем использования одновременно двух устройств – одно монтирует арматуру, а другое «печатает» бетонной смесью слой за слоем.
Другой вопрос связан с виброобработкой бетона. Дело в том, что и при монолитном, и при блочно-панельном строительстве применяется виброобработка для удаления воздуха и воздушных пустот из бетона. С этой целью используются различные переносные, электрические или пневматические вибраторы. Благодаря этому железобетон приобретает очень высокую прочность. В случае с технологией 3D строительства вследствие отсутствия опалубки и краткосрочного размещения поддерживающих формовочных лопаток в контакте с бетоннымм раствором виброобработка фактически невозможна. Это опять-таки говорит о том, что дом, построенный из бетонной смеси по 3D технологии, может не простоять долго.
Другое уязвимое место – монтаж инженерных систем, без которых современный дом просто не может существовать. Впрочем, здесь как раз возможности принтеров могут раскрыться в полной мере, поскольку они являются устройствами с точной повторяемостью операций и, например, соединение элементов труб в нужной последовательности вполне может быть выполнено. Архитекторам лишь придется подумать над новыми конструкциями элементов инженерных коммуникаций.
Все эти спорные технические моменты нельзя назвать неразрешимыми, они характерны для любой прорывной технологии, только начинающей свое развитие. Какое-то время инженерам придется потратить на то, чтобы убрать все технические проблемы, нивелировать недостатки технологии и полностью автоматизировать все процессы, протекающие на строительной площадке.
Даже сложно себе представить, насколько преобразится строительная отрасль после того, как технология трехмерной печати найдет массовое применение. Исчезнут пресловутые прорабы и сменные строительные бригады. Для возведения дома понадобится всего несколько технических специалистов и инженер-оператор печатающего робота. Всего за месяц работы можно будет сдавать в эксплуатацию целые коттеджные поселки. Строительный принтер станет своеобразным промышленным конвейером, с помощью которого можно будет возводить дома в сжатые сроки и с минимумом финансовых затрат.
Строительная 3D-печать – одно из самых неоднозначных, но быстроразвивающихся направлений в области аддитивных технологий. В создании 3D-принтеров для укладки строительных смесей соревнуются инженеры со всего мира, а проекты варьируются от неказистых, возведенных на скорую руку сарайчиков до многоэтажных домов.
Сегодня мы отдадим дань наиболее известным именам в области аддитивных строительных технологий и попытаемся разобраться что же такое строительная 3D-печать, как она применяется, и чего стоит ожидать в будущем.
Contour Crafting
Одним из основателей современных технологий строительной 3D-печати считается профессор Берох Хошневис. Уроженец Ирана, Берох переехал в США и в настоящее время входит в деканат Университета Южной Калифорнии (USC), а также тесно сотрудничает с NASA. Профессору Кошневису принадлежит авторство технологии Contour Crafting, так или иначе послужившей основой для альтернативных разработок: строительная смесь наносится с помощью экструдера, установленного на подвижной портальной конструкции.
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. Дело в том, что одним из спонсоров исследований выступают ВМС США, заинтересованные в технологии автоматизированного строительства военных баз. С 2010 года наработками команды заинтересовалась и NASA, нуждающаяся в подходящей методике строительства лунных и марсианских колоний.
Кошневис же успел обвинить в краже технологий китайскую строительную компанию WinSun (см. ниже
), стремительно укрепляющую позиции на коммерческом рынке.D -Shape
Один из наиболее необычных вариантов строительной 3D-печати, разработанный итальянским инженером Энрико Дини. 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.
Рабочая площадь в текущей версии составляет 6х6 метров. Технология скорее напоминает струйную печать, а массив используется для нанесения связующего агента на слои песка. Первая модель принтера, запатентованная в 2006 году, печатала эпоксидными смолами, но такой подход вызвал немало технических трудностей и был оставлен. Новая версия, запатентованная в 2008 году, использует в качестве байндеров оксиды металлов и хлорид магния.
Теоретически технология позволяет добиваться высокой скорости печати, однако на практике возникают ограничения из-за медленного отверждения материала – для полного схватывания требуются примерно одни сутки. С другой стороны, остаточный материал выступает в роли опоры, частично снимая механическую нагрузку со свежих слоев. Хотя Дини не оставляет надежд на коммерциализацию своей технологии, самым внушительным примером практической печати пока что остается цельная скульптура под названием «Радиолярия» размером 3х3х3 метра. «StroyBot » Андрея Руденко
Андрей Руденко по праву занимает место одного из первопроходцев строительной 3D-печати. Талантливый инженер, переехавший в Миннесоту, впервые привлек внимание проектом миниатюрного сказочного замка, изготовленного с помощью 3D-принтера собственной конструкции под названием «СтройБот».
Путь разработчика оказался тернистым, причем главные проблемы заключаются не в технологии, а вездесущей бюрократии. Столкнувшись с красной лентой в США и не питая особых иллюзий насчет российского рынка, Андрей нашел поддержку в лице Льюиса Якича – калифорнийского предпринимателя и владельца филиппинской гостиницы Lewis Grand Hotel.
Там-то Руденко и продемонстрировал возможности своей технологии в полной мере, напечатав пристройку площадью 130м² с несколькими спальнями, всеми необходимыми коммуникациями и даже джакузи (см. видео ниже ).
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. Подробнее о наработках Андрея Руденко можно узнать .Спецавиа
Компании «Спецавиа» повезло на российском рынке в значительно большей степени. Уже несколько лет ярославское предприятие, изначально специализировавшееся на производстве ЧПУ-станков для металлообрабатывающей отрасли, конструирует строительные 3D-принтеры. На сегодняшний день ассортимент компании состоит из как минимум семи вариантов разных размеров.
Самым известным проектом с применением 3D-принтера «Спецавиа» стало возведение необычной сторожки на территории Екатеринбургского цементного завода: директор предприятия Ринат Брылин, увлекающийся 3D-печатью со студенческих лет, решил поселить охрану завода в реплике башни замка Винтерфелл из популярного телесериала «Игра Престолов». Возведение необычной постройки, напечатанной с помощью 3D-принтера S-6044 Long, прошлого года. Сотрудничество Брылина и Спецавиа носит взаимовыгодный характер, ибо имея на руках 3D-принтер сотрудники завода могут испытывать специальные строительные смеси в деле «не отходя от кассы».За 2016 год компания реализовала примерно три десятка строительных 3D-принтеров, а в этом году собирается продемонстрировать полномасштабные проекты: в декабре 2015 года специалисты предприятия впервые напечатали полноценное здание площадью 165 кв. метров. В ходе строительства использовались разные технологии, часть здания была напечатана прямо на площадке, а некоторые блоки печатались в цехе перед доставкой на объект и сборкой. Несъемная опалубка была армирована во время печати. После сборки силовые элементы стен были залиты бетоном производства упомянутого выше Екатеринбургского цементного завода, а внешний контур утеплен пеногипсобетоном завода «Монолит». Согласно планам собственника отделка здания завершится летом текущего года, после чего проект будет продемонстрирован общественности. Apis Cor
Есть у Спецавиа и интересный, многообещающий конкурент в лице иркутской компании Apis Cor. Если 3D-принтеры Спецавиа, как и большинства конкурентов, используют портальную схему, то разработка Apis Cor основана на использовании телескопического манипулятора на поворотной платформе. Другими словами, принтер возводит стены вокруг себя, а по завершении строительства переносится на другое место с помощью крана. В дизайне изначально предусмотрена высокая мобильность: компактная установка весом в шесть тонн легко умещается в грузовик.
Первой полноценной демонстрацией возможностей необычного 3D-принтера стало , завершившееся месяц назад. 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. Отметим, что проект осуществлялся в не самых благоприятных погодных условиях, ввиду чего объект пришлось возводить под тентом.
Здание оснащено теплоизоляцией и всеми необходимыми коммуникациями, но жить в нем никто не будет, ибо эта постройка предназначена сугубо для демонстрационных целей. На очереди же более крупномасштабный проект: строительство двух демонстрационных домиков в Техасе, а затем совместно с местной строительной компанией Sunconomy. WinSun
И наконец, самая известное отраслевое предприятие – китайская компания WinSun. В 2014 году шанхайское предприятие прославилось на весь мир возведением десяти 3D-печатных зданий всего за одни сутки. На деле все оказалось немого скромнее: небольшие «коробочки» были напечатаны блок за блоком в цехе, а затем собраны на строительной площадки 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 – площадью 1100 кв. метров.
Старания компании не прошли незамеченными: к 2016 году представители WinSun вели переговоры с властями Ирака и Саудовской Аравии по огромным контрактам. Ираку требуется построить около десяти тысяч домов взамен разрушенных в ходе войны, а саудиты заинтересовались печатью сразу для решения растущего жилищного кризиса. О твердых контрактах пока ничего не известно, но время от времени компания напоминает о себе, например постройкой первого .
«Офис будущего» был построен всего за 17 дней, включая проводку коммуникаций, отделку и обустройство. Возведением здания площадью 250 кв. метров занималась бригада из восемнадцати человек, причем за принтером присматривал лишь один оператор. После завершения строительства в здании разместился офис фонда «Дубай будущего». 3D-принтер WinSun – это портальная конструкция с габаритами 36х12х6 метров, а в качестве расходных материалов используются строительные смеси с наполнителями из переработанных отходов, вероятнее всего стеклопластика. Перспективы строительной 3D-печати
Так каким потенциалом обладают строительные аддитивные технологии? Необходимо понимать, что это не панацея, не замена традиционным строительным технологиям, а полезное дополнение. Практическая польза от строительной 3D-печати пока что сводится к изготовлению различных декоративных элементов и несъемной опалубки сложных форм: если архитектурные проекты WinSun не отличаются особой оригинальностью, то демонстрационная постройка Apis Cor в Ступино, спиральные колонны Руденко и 3D-печатные церковные купола Спецавиа наглядно демонстрируют свободу дизайна.
Вопрос с армированием и утеплением 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. Как результат, достигается существенная экономия на съемной опалубке и, что самое главное, рабочей силе. Последний момент может оказать ключевое влияние на темпы развития строительной 3D-печати в разных регионах мира, ибо привлекательность подобной автоматизации прямо пропорциональна дороговизне рабочей силы.
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 плечи роботов. Так, инженеры из Швейцарской высшей технической школы Цюриха уже продемонстрировали робота-сварщика, способного создавать , голландская компания MX3D работает над проектом цельнометаллического , а австралийская компания Fastbrick Robotics проектирует .
3D-печатных небоскребов ждать пока не стоит. В ближайшие годы строительные аддитивные технологии будут использоваться в основном для изготовления декоративных элементов и относительно небольших дизайнерских объектов. Масштаб применения будет напрямую зависеть от стоимости материалов, рабочей силы и даже географического расположения. Например, метод спекания песка с помощью сфокусированного солнечного света вполне может оказаться привлекательным для строительства в пустынных регионах, благо что сырье валяется прямо под ногами, а источник энергии висит над головой. Эта технология, впервые опробованная польским инженером Маркусом Кайзером и получившая в отечественных кулуарах название «гелиолитография», даже рассматривается НПО имени С.А. Лавочкина в качестве технологии из реголита.
Руководитель проекта 3Dtoday Сергей Пушкин и генеральный директор девелоперской компании Capital Group Михаил Хвесько обсудили настоящее и будущее строительных технологий 3D-печати в программе «Новая Экономика» с Кириллом Токаревым на телеканале РБК.
