Застосування 3D-принтера в будівництві: що можна зробити, навіщо потрібен

Технології не стоять на місці. Не так давно російські вчені оголосили, що змогли роздрукувати на 3D-принтері штучне серце, то й справа трапляються повідомлення, що подібний агрегат з нуля зможе створити всі деталі для велосипеда і навіть автомобіля, але це ще не все. Умільці і видумщики зробили крок ще далі, з мікросвіту в макросвіт, і навчилися роздруковувати на принтері справжні будинки. Ні, не макети, повнорозмірні житла для людей. Сьогодні редакція вирішила детальніше вивчити це питання і розповісти, наскільки цікава для росіян буде така технологія і наскільки практичне буде роздрукувати собі новий будинок. Крім того, в цьому огляді розглянемо інші можливості застосування 3D-принтера в будівництві.

Це не макет і не фрагмент наукової програми, а реальна будівельний майданчик

Що таке будівельний 3D-принтер і навіщо він потрібен

Якщо говорити зовсім спрощено, то будівельний 3D-принтер — це свого роду гібрид бетономішалки і руки-маніпулятора, малює по заданому алгоритму креслення. По суті, замість чорнила у нього бетон, а замість паперу – реальна будівельний майданчик.

З сопла з певною швидкістю подається будівельна суміш, яка рівномірно, шарами розподіляється по периметру возводимой конструкції

Конструкція може бути як великою, приміром, окружністю, так і обмеженою у просторі, наприклад, стіною певної ширини і довжини.

До відома! Новатором використання спеціального принтера для друку будинків і будівельних конструкції вважається професор Університету Південної Каліфорнії Берох Хошневіс. Він запатентував технологію Contour Crafting, а саме – використання спеціального екструдера на рухомій платформі, з допомогою якого і наносяться шари цементної суміші.

Цікаво, що прабатьком ідеї самовозводимых з допомогою роботів-маніпуляторів будинків вважається не одна людина, а ціла група фахівців NASA ще в 1995 році, коли в Америці активно розвивалася ідея підкорення маловивчених ділянок не тільки нашої планети, але і космосу. Вважалося, що роботи зможуть підготувати плацдарм для переселення та комфортного проживання представником земної цивілізації в інші, менш обжиті куточки Всесвіту.

І правда: в будинках, зведених за такої технології є щось космічне!

Як працює будівельний 3D-принтер

Так звана адитивна технологія будівництва (від англ. Add — додавати, нарощувати) практично не має обмежень у використанні(крім як законами фізики). На 3D-принтері можна друкувати як окремі елементи конструкції: стіни, перекриття, інші елементи, так і цілісні будинку.

Цікавий факт! У Росії вперше будинок, повністю надрукований на 3D-принтері, був зведений в 2016 році компанією ApisCor в місті Ступіно. Цікаво, що будинок зводився цілком, тобто друкувався від стелі до даху без перерви. Весь процес зайняв 24 години чистого часу. До цього дня друкувалися тільки окремі панелі.

По суті, процес робіт повторює звичайне будівництво. Спочатку створюється проект, потім зводиться фундамент, в цьому випадку, найчастіше, він цегляний. Процес комп’ютерного моделювання в будівництві таких споруд – найважливіша частина. Адже всі етапи зведення будинку покладені на штучний інтелект.

Сучасні 3D-принтери можуть враховувати конфігурацію і розташування вікон, а також застосовувати архітектурні прийоми, використовуючи заздалегідь створені макети

По суті, основна частина принтера, крім електронної начинки, – це стріла екструдера і керуючі нею ексцентрики, які рухаються по платформі в заданому радіусі або по прямій. Власне, монтаж бази або підстави принтера якраз залежить від параметрів будівлі і його конфігурації. Будинки можуть мати різну форму і габарити, відповідно і формат машин, що створюють їх, абсолютно різний.

Важливе доповнення. У будівельному принтері немає необхідності використовувати нагріваючий елемент. Бетонна суміш подається безпосередньо з бетономішалки, з допомогою спеціальних насосних систем. Такі машини дозволяють ідеально рівно виконати кладку, а в деяких випадках залишити отвори під арматурні елементи.

3D-принтер дозволяє провести укладання стін, перекриттів, інженерних отворів, в тому числі під віконні прорізи

Види 3D-принтерів для будівництва будинку

Як ми вже зауважували вище, тип 3D-принтера безпосередньо залежить від типу і модифікації будівлі. Яке він зводить. Від цього залежить і розмір самого принтера, обсяг бетономішалки, а також сопла, який подає будівельну суміш.

Варіації конструкцій будівельних 3D-принтерів

Вперше будинку по даній технології стали масово зводити в Шанхаї. Одна з перших 3D-машин, що вразила своїми розмахами і розміром став принтер WinSun. Довжина робочої зони становила 150 метрів, а ширина 10. Такий принтер здатний за кілька днів надрукувати будівля висотою 6 метрів.

Будинок, надрукований диво-принтером

Цікаво, що в якості технологічної родзинки китайські інженери використовували спеціальне скловолокно, яке, з одного боку, здешевлювало будівельні роботи, а з іншого – робило бетонну суміш менш теплопровідної. Тестові зразки дозволили компанії заощадити половину бюджету на зведення будинку за новою технологією.

Європейські ж інженери, наприклад, голландські воліють друкувати не власне будинку, а будівельні матеріали, з допомогою яких ці будинки можна зводити, вважаючи (в чому справедливо), що більш якісно робота буде зроблена все-таки людськими руками і головою.

Достоїнства і недоліки застосування 3D-принтера в будівництві

Головним плюсом, про яку говорили всі розробники, називається те, що процес зведення житла здешевлюється, а швидкість зведення об’єктів збільшується. Однак, досі незрозуміло, чи буде використовуватися людський працю, хоча б в якості доповнюючого елементу.

Крім того, універсальність друку і можливості моделювання зможуть в майбутньому дозволити зводити будинки на ділянках зі складним рельєфом. Технічні рішення вже в цьому напрямі є

За допомогою точного розрахунку можна створювати ідеальні опорні і несучі конструкції під певну місцевість, ідеально точно слідувати метражу приміщення за проектом, а головне – створити ідеально рівні стіни. Крім того, за допомогою 3D-друку можна створити ідеально рівну фундамент, причому досить швидко.

Серед головних, але істотних мінусів – це великі енерговитрати і необхідність обслуговування обладнання. Крім того, яким би не було досконалим устаткування, повний цикл робіт воно охопити не зможе.

Будівельний майданчик під будівництво будинку на 3D-принтері

Провідні виробники принтерів для 3D-друку будинків

У Росії поки небагато компанії зважилися опанувати таку технологію будівництва. Ще менше займаються серійним виробництвом такого обладнання. Все-таки, поки це штучний товар. Однак, все ж можна назвати одну з них, яка вже міцно зайняла лідируючі позиції в цій області. Це фірма Спецавіа. Її персоналом був розроблений і випробуваний прототип будівельного 3D-друкарського апарату та здійснено пробний друк.

Крім того, на ринку можна зустріти зразки словенської компанії BetAbram. Вона зайнялася серійним виробництвом будівельних принтерів. Зараз у лінійці компанії кілька варіантів конструкцій або моделей принтерів. Їх вартість варіюється від 12 000 євро за верстат до 20000 євро. Ймовірно, що витрати себе виправдають.

Принтер BetAbram P1 може надрукувати будинок площею 144 квадратних метри, при відносно невисокій конструкції – близько трьох метрів

Зовні принтер схожий на звичайну платформу, що рухається по рейках. Вони регулюються по висоті.

А як же щодо внутрішніх стін? Цікаво, що і тут будівельний 3D-принтер теж може виручити. Просто сировина для зведення внутрішніх перегородок відрізняється.

Такі стіни ніяк не схожі на цементні, хоча надруковані в тій же технології

Спеціальний полімер на основі клею і солі, висихаючи, створює ажурну конструкцію, яка про міцності не поступається цементної, однак, вона значно легше. Матеріал не боїться вологи, його можна використовувати для зведення перегородок.

Матеріал під назвою Saltygloo (з англ. «сольовий клей») був розроблений компанією EmergingObjects

Приклади будинків, побудованих із застосуванням 3D-друку

Ще раз, давайте помилуємося на химерні будівлі, створені штучним інтелектом. Цілком імовірно, що подібні будови міцно увійдуть в наше життя. А також подивимося, як працюють самі працьовиті муляри у світі.








А якщо у вас ідеї, як можна використовувати 3D-друк в будівництві, розкажіть про це іншим читачам нашого онлайн журналу .