В последние годы роль аддитивного производства в строительной отрасли становится все более распространенным и важным аспектом.
Те же самые системы 3D-нивелирования в настоящее время пользуются популярностью, так как спецтехника и ее оператор выполняют свою работу с наибольшей точностью и в короткие сроки. В частности, 3D-принтеры для бетона постоянно набирают популярность среди архитекторов и строительных фирм. После воды бетон является наиболее широко используемым веществом в мире.
Бетон – это композитный материал, состоящий из воды, вяжущего состава и заполнителя (мелкие и крупные частицы песка, гравия, щебня и подобных веществ). Сам по себе бетон является недорогим и поэтому очень распространенным и практически незаменимым материалом для строительство.
Однако 3D-принтеры для бетона стоят дорого. Машины, предназначенные для строительства, обычно стоят от 2 миллионов рублей до нескольких десятков миллионов. Тем не менее, использование конкретного 3D-принтера дает ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами производства. Это быстрее, дешевле, безопаснее и эффективнее. Бетонный 3D-принтер не только производит минимальные отходы, но также значительно сокращает количество активных участников, необходимых на месте, а также длину цепочек поставок. Более того, с помощью 3D-принтера для бетона конструкция может быть выполнена с гораздо большей степенью устойчивости и геометрической сложности.
В чем же преимущества такого способа бетонирования?
к завтрашнему дню 3D-печать бетона не заменит полностью традиционные строительные технологии, преимущества этой технологии неоспоримы. Проектирование и строительство дома может быть дорогостоящей и трудоемкой задачей, поэтому 3D-печать бетона является привлекательным инструментом для строителей и архитекторов.
В первую очередь, конкретный 3D-принтер должен быть достаточно солидным. Это серьезная проблема, которая несколько помешала массовому внедрению бетонной 3D-печати. Однако 3D-принтеры для бетона обычно портативны, что позволяет строить во многих местах с использованием всего одной машины.
На данный момент 3D-печать бетона может быть не оптимальной для строительства больших роскошных вилл, особняков или отелей, но она лучше подходит для 3D-печати домов среднего размера и других конструкций по низкой цене и в короткие сроки.
Помимо низкой стоимости и высокой скорости сборки, еще одним преимуществом 3D-печати бетона является то, что в процессе производства почти не расходуется материал, что делает его более экологически чистым, чем традиционные методы.
Поскольку архитектурный дизайн можно напечатать на 3D-принтере на месте, строительным компаниям не нужно изготавливать формы для актуализации своих конструкций, экономя время, деньги и энергию. Современный дизайн здания сделал более популярными такие элементы, как открытые бетонные стены и геометрически сложные крыши, которые представляют собой прекрасную возможность для 3D-печати бетона, чтобы показать, на что она действительно способна.
По мере того, как все больше и больше успешных проектов завершается с использованием конкретных 3D-принтеров, юридические условия, которые могут препятствовать этой технологии, со временем уменьшаются. Многие города и местные муниципалитеты еще не осознали потенциал 3D-печати бетона, а это означает, что могут существовать потенциальные правила или законы, касающиеся строительства домов. Но со временем все больше и больше городов будут принимать новые правила и стандарты, которые будут поддерживать использование конкретной технологии 3D-печати.
В доме есть нечто большее, чем четыре стены и крыша. Есть и другие важные для обывателя факторы, например, теплоизоляция. Чтобы справиться с этим, компании, специализирующиеся на 3D-печати бетона, разрабатывают бетонные смеси с высокой тепловой массой, что обеспечивает энергоэффективность. Кроме того, при необходимости в бетонные стены можно встроить пену и другие изоляционные материалы.
Стандартный бетонный 3D-принтер работает как FDM-принтер. FDM подразумевает создание трехмерных объектов за счёт нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. Это в первую очередь потому, что обе технологии основаны на экструзии материалов.
Таким образом их процессы очень схожи друг с другом: сначала создается цифровая 3D-модель с использованием программного обеспечения для 3D-моделирования; затем модель разрезается и транслируется в код; Затем код направляет печатающую деталь, которая наносит слоями материал, перекачиваемый из бетоносмесителя, до тех пор, пока не будет изготовлена последняя деталь.
Типичный бетонный 3D-принтер предназначен для аддитивного производства деталей путем экструзии материала. В зависимости от типа конкретного 3D-принтера его конструкция, возможности и процесс различаются. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки в зависимости от желаемого применения. Объем сборки, разрешение печати, практичность и эффективность конкретного 3D-принтера будут варьироваться в зависимости от его системы, технологии, производителя и предполагаемых приложений.
Портальный бетонный 3D-принтер
Термин портал происходит из подвесной конструкции, которая поддерживает принтер. Хотя этот тип бетонного 3D-принтера является популярным выбором для коммерческих строительных проектов, он редко используется для небольших объектов, в основном из-за огромных размеров и связанной с этим ограниченной мобильностью, а также технических усилий, необходимых для их установки и демонтажа.
Этот тип 3D-принтера обычно работает по декартовой системе координат, состоящей из осей x, y и z. Эти оси определяются рельсами и балками несущей конструкции. Ось X соответствует длине направляющих, которые перемещают принтер вперед и назад, а ось Y соответствует длине направляющей, несущей печатающую деталь, и соединяющей стойки, которые, в свою очередь, определяются осью z и двигаются вверх и вниз.
Например, 3D-принтер ICON, Vulcan II, работает на этой основе. При объеме печати 260 x 850 x 260 см, весе около 1,7 тонны, принтер имеет примерно 2,5 метра в высоту и 8,5 метра в ширину. В машине используется исключительно фирменный бетонный материал ICON — Lavacrete. Как и большинство крупномасштабных 3D-принтеров для бетона, сам Vulcan II стоит дорого и стоит чуть менее 250 000 долларов. Несмотря на это, аддитивное производство значительно снижает затраты на строительство, так как многие строительные компании вместо этого предпочитают брать машину напрокат. В 2019 году принтер ICON успешно построил дом за 4000 долларов всего за 24 часа.
Бетонный 3D-принтер с роботизированной рукой
Механизированный или роботизированный манипулятор – 3D — принтер схож по структуре на строительный кран, и, как правило, работает на 6 осей. Это означает, что можно создавать детали более сложной формы и более высокого разрешения, чем это возможно с помощью портальной машины. Этот тип 3D-принтера также обладает дополнительным преимуществом в виде повышенной портативности и компактности, поэтому его легче устанавливать и снимать. Исторически у них были ограниченные объемы сборки и, таким образом, они ограничивались сборкой более мелких деталей. Недавние достижения позволили машинам для разработки с большими объемами сборки, конкурирующими с портальными принтерами. Принтеры с роботизированной рукой обычно дороже, чем принтеры с портальными системами.
Российский стартап Apis Cor попал в заголовки газет в 2018 году после того, как сумел построить дом площадью 122 квадратных метра с нуля, используя свой собственный 3D-принтер с роботизированной рукой. Проект был реализован всего за 24 часа в Москве и стоил всего 600 тысяч рублей. Два года спустя компания снова попала в заголовки новостей после успешного строительства в Дубае самого большого в мире здания с 3D-печатью с использованием собственной технологии аддитивного производства.
Несмотря на распространенное заблуждение, что здание может быть полностью построено с помощью одного только бетонного 3D-принтера, обычно аддитивно изготавливаются только стены и фундамент. Тем не менее, 3D-печать бетона оказала огромное влияние на строительную отрасль. В частности, за последнее десятилетие появилось несколько строительных компаний, специализирующихся на аддитивном производстве бетона. Датская компания COBOD построила первое в Германии жилое здание с 3D-печатью, используя свой портальный 3D-принтер BOD2, и с тех пор анонсировала проект трехэтажного жилого дома, который уже начал строительство и будет иметь площадь 380 квадратных метров. Бетонные 3D-принтеры использовались для строительства жилья в нескольких странах по всему миру, включая Германию, Бельгию, Дубай, Марокко и Францию, а также в Дании.
Быстрое развитие технологии 3D-печати бетоном привело к появлению нескольких впечатляющих инноваций. Например, Twente Additive Manufacturing (TAM) объединила системы портала и роботизированной руки для создания 9-осевого принтера, включающего стандартные 6 осей бетонного 3D-принтера роботизированной руки, а также дополнительные декартовы оси возвышения, перемещения и вращения портальная система. Некоторые из этих достижений имеют глобальное значение для решения таких проблем, как бездомность и сохранение природных ресурсов.
