Как строят дома с помощью 3d принтера

3D печать: будущее строительства

В 2004 году профессор Бехрох Хошневис из Университета Южной Каролины попытался создать первую 3D-печатную стену. С тех пор эта инновация взорвалась, и теперь можно построить дом всего за 20 часов! Профессор разработал 3D-принтер FDM , установленный на роботизированной руке, который выдавливает слои бетона вместо пластика для создания 3D-модели .

Эта технология Contour Crafting продемонстрировала все качества, необходимые для использования аддитивного производства на строительных площадках: снижение затрат и потерь, более быструю скорость строительства, уменьшение аварий, сложные архитектурные формы и многое другое. Его открытие положило начало 3D-печати в строительстве. Тем не менее, он остается гораздо менее используемым, чем некоторые отрасли, такие как аэронавтика или медицина.

Крупномасштабные промышленные бетонные принтеры могут автономно создавать целые конструкции дома.

Строительные гиганты быстро осознают потенциал 3D-технологий и их влияние на будущее строительства. Ожидается, что рынок бетонной 3D-печати в 2021 году достигнет 56,4 млн долларов, и на это есть веские причины. Все больше и больше компаний начинают работу в этом секторе для создания новых инновационных проектов. Некоторые из них более футуристичны, некоторые очень реальны в настоящее время, например , 3D-типография Apis Cor за 24 часа . 3D бетонная печать быстро развивается и опирается на различные технологии и материалы, предлагая своим пользователям множество преимуществ. Однако технология все еще находится в зачаточном состоянии и связана с существующими ограничениями.

Какие процессы 3D-печати в строительном секторе?

1 – Экструдеры с роботизированной рукой

Метод Contour Crafting включает нанесение строительного материала для создания крупномасштабной трехмерной модели с гладкой поверхностью. Рельсы установлены вокруг основания здания, которое будет действовать как структура для направления манипулятора. Он движется взад и вперед, чтобы выдавливать бетон, слой за слоем. Кельмы располагаются сбоку и над соплом для выравнивания экструдированных слоев и обеспечения прочности модели.

В этом процессе обычный бетон не может быть использован, так как он должен затвердеть, прежде чем вы сможете продолжить процесс. Если бы он был напечатан на 3D-принтере, он не смог бы выдержать собственный вес. Поэтому бетон используется с быстрыми свойствами схватывания.

Contour Crafting (компания с таким же названием, как и метод) очень осторожны в своем прогрессе. Китайская строительная компания WinSun Decoration Engineering Co считает, что она способна «украсть шоу». Эти машины огромны (32 м в длину, 10 м в ширину и 6,6 м в высоту). Это позволяет им печатать 3D-конструкции полностью и собирать их на месте. Это делается путем смешивания бетона и стекловолокна на месте и последующей печати. Этот подвиг заставил строителей и строителей осознать аддитивное производство.

Constructions-3D – конкурирующая компания, которая также пытается 3D-печать больших бетонных зданий, используя эту технологию.

Конкурирующие компании

Различные игроки рынка разработали машины, использующие различные технологии для 3D-печати бетона. Французская компания Constructions-3D создала полярный 3D-принтер, который печатает внутри строительной площадки, а затем уходит через входную дверь здания после завершения строительства. Он состоит из механического основания и роботизированной руки с насадкой для выдавливания материала на конце. Эта рука предлагает для печати площадь более 250 м² и более 8 метров в высоту.

Робот Cazza Construction похож на это, он использует мобильную крановую систему, позволяющую им печатать в 3D гораздо более широкой области и создавать большие и более высокие конструкции. Это показано в прошлых печатных изданиях таких компаний, как Apis Cor и XtreeE, которые быстро создают целые дома.

Другие компании специализируются на экструзии материалов, кроме бетона с помощью этой технологии. Запатентованный процесс BatiPrint 3D является ярким примером: Нантский университет, Bouygues Construction и Lafarge Holcim объединили усилия для разработки промышленного робота, который печатает 3 слоя материала одновременно. Два из этих слоев представляют собой полимерную пену, а третий слой является бетоном. Бенуа Фюре, профессор Нантского университета, объясняет, что «пена приносит внутреннюю и внешнюю изоляцию; бетон и армирование несущей конструкции. «

Batiprint 3D – французская компания, целью которой является 3D печать больших структур.

2 – Песчаные слои связаны между собой

Итальянский архитектор Энрико Дини впервые сделал волну как «человек, который печатает дома в 3D». Совсем недавно он продемонстрировал интересный процесс 3D-печати на своем 3D-принтере D-Shape. Эта машина основана на связывании порошка, что позволяет отвердить слой материала с помощью связующего. Слои песка наносятся в соответствии с желаемой толщиной до того, как печатающая головка заливает капли (связующее вещество) для затвердевания песка. Эта машина 4 х 4 метра может создавать большие конструкции размером до 6 кубометров.

Сайт печати, где D-Shape будет 3D-печать бетонной конструкции.

3 – Металл для твердых конструкций

Голландская компания MX3D разработала уникальный метод строительства под названием WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), который позволяет 3D-печати металлических конструкций с помощью 6-осевого робота, который сбрасывает 2 кг материала в час.

Этот робот был результатом сотрудничества с Air Liquide и ArcelorMittal и оснащен сварочным аппаратом и соплом для послойной сварки металлических стержней. Этот процесс также совместим с другими металлами, такими как нержавеющая сталь, бронза, алюминий и инконель. Машину можно сравнить с неким гигантским паяльником. Команда прокомментировала, что  «мы объединили промышленного робота со сварочным аппаратом, чтобы превратить его в 3D-принтер, который работает с нашим собственным программным обеспечением».

MX3D – один из ряда инновационных стартапов в секторе 3D-печати.

Несмотря на то, что концептуализируются стартапами, эти проекты часто требуют поддержки со стороны более крупных имен в строительстве. Royal BAM Group в партнерстве с Эйндховенским технологическим университетом разработала 3D-печатный бетонный мост для велосипедистов. Кроме того, Bouygues Construction обратилась к 3D-печати для строительства домов в Лилле, Франция. Кроме того, Vinci Construction заключила партнерское соглашение с французским стартапом XtreeE для тестирования строительства сложных конструкций, а недавно шведская группа Skanska совместно с Университетом Лафборо разработала процесс 3D-печати бетона.

«Мы объединили промышленного робота со сварочным аппаратом, чтобы превратить его в 3D-принтер, который работает с нашим собственным программным обеспечением», – команда MX3D.

Зачем использовать 3D-печать в строительстве?

Во-первых, 3D-печать бетона экономит много времени. В частности, использование этих технологий потенциально сокращает двухнедельную работу до 3-4 дней. Кроме того, это снижает риск получения травмы на работе. Бенуа Фюре из Нантского университета объясняет:  «Снижение трудностей и рисков – это реальность, мы реализовали лучи высотой 3,8 м без каких-либо строительных лесов. Кроме того, на строительной площадке очень тихо ».

Его команде удалось напечатать в 3D дом площадью 95 м² и первый в 3D социальный жилой дом в городе. Бенуа говорит, что их технология BatiPrint также облегчает создание изогнутых форм при меньших затратах. Более того, поскольку 3D-принтерам не нужно ни есть, ни спать, они не перестают работать, пока проект не будет завершен. Это значительно сокращает время ожидания.

Преимущества 3D печати в строительстве

С точки зрения использования материалов, 3D-печать экономична. При аддитивных, а не вычитающих процессах используется меньше материалов, чем при традиционных производственных процессах. Это уменьшает воздействие на окружающую среду, поскольку производится меньше отходов. Ромэн Дубалле, один из соучредителей XtreeE, объясняет, что «благодаря усиленному геометрическому мастерству мы можем создавать оптимизированные формы, чтобы ограничить количество используемых материалов».

Однако до мечты о 3D-типографиях, мостах и небоскребах все еще есть предостережения . Аксель Тери из Constructions-3D объясняет, что  «основные трудности возникают из-за того, что процесс 3D-печати зданий сегодня не признается в качестве метода строительства многими органами кодов и стандартов. Поскольку печатные конструкции не являются традиционными, расчеты сопротивления и сопротивления во времени трудно реализовать, поэтому пригодные для жилья работы должны будут сначала проверяться в каждом конкретном случае ». Эти органы по стандартизации обеспокоены тем, структуры действительно прочные, и если они могут противостоять окружающей среде.

Машина Constructions-3D напоминает огромный трактор, а 3D печатает бетон для создания больших конструкций.

3D типография: решение жилищного кризиса?

Поскольку 3D-печать теперь позволяет создавать конструкции быстрее, она идеально подходит для борьбы с жилищным кризисом. В результате некоторые компании стремятся к аддитивному производству. Сюда входит итальянская компания WASP, которая стремится построить более устойчивый мир с помощью 3D-печати. Они разработали один из крупнейших в мире 3D-принтеров, который способен строить дома из местных материалов с использованием солнечной, ветровой или гидроэнергии. Это позволяет регионам, которые еще не имеют доступа к электричеству, к 3D-печати экологически чистых структур с местными ресурсами.

WASP 3D-принтеры работают, чтобы создать будущее, в котором экологически чистые материалы создают 3D-типографии.

Аналогичным образом, в Бразилии Аниэль Гуэдес основала Urban3D, чтобы отреагировать на жилищный кризис в Бразилии. Ее компания 3D печатает части зданий на специальной фабрике перед сборкой на месте. Это позволяет ей создавать здания высотой, которая невозможна, если 3D-печать была сделана на месте. В настоящее время компания тестирует несколько прототипов и надеется предоставить решение для развития бразильских трущоб.

Российская компания Apis Cor также убеждена в положительном влиянии 3D-печати на жилье. Основатель и генеральный директор Никита  Чен-юн-Тай объясняет: «Мы считаем, что аддитивное производство является эффективным решением против жилищного кризиса, и именно поэтому мы разработали наш проект. Мы надеемся, что через несколько лет этот подход будет тщательно проверен в разных частях мира, чтобы продемонстрировать его осуществимость. Мы полагаем, что все больше строительных компаний примут эту технологию, как это уже имеет место сегодня ».

Российская компания Apis Cor построила этот дом всего за 24 часа, используя свой конкретный 3D-принтер.

3D печать в космосе?

Аддитивное производство также может стать для человечества способом освоения космоса . НАСА запустило « Испытание среды обитания в 3D-печати », в котором рассматриваются технологии, используемые для строительства домов в космосе, например на Луне или на Марсе. Хотя амбициозно, пока рано говорить о том, является ли 3D-печать жизнеспособным решением. Однако мы можем сказать, что 3D-печать в строительстве должна стать очень реальной глобальной силой. SmarTech Publishing недавно опубликовала отчет, в котором прогнозируется, что мировые доходы в этом секторе в 2027 году составят 40 миллиардов долларов. От 10 миллионов до 40 миллиардов долларов за 10 лет просто поразительно. Поэтому нам нужно будет увидеть, как мир отреагирует на эту технологию в будущем.

В Дубае сегодня открылся первый в мире офисное здание, построенное с помощью 3D-печати. Проект является частью усилий стран Ближнего Востока, зарекомендовал себя как туристический и бизнес-центр, чтобы разработать технологию, которая снижает затраты и экономит время.

01

3D принтеры используются в промышленном масштабе, но к настоящему моменты были созданы только небольшие здания, в цифровой форме разработаны трехмерные объекты, многие из которых изготовлены из пластика, но редко технология эта применялась для постройки крупных зданий.

В данном случае используется не пластик, а состав из цементной смеси, в соответствии с Дубайскими государственными испытаниями надежности,  принятыми в Великобритании и Китае.

02

Чтобы создать многоэтажное здание с площадью 250 квадратных метров, используется размер принтера 6×36,5×12 метров, сообщили чиновники. Изогнутое здание было построено в 17 дней и стоило 140 тысяч долларов. Оно будет временно размещена в штаб-квартире “Дубай будущего” (Future Dubai), которая стоит за проектом. По словам представителя правительства, технологии Дубая могут сократить сроки строительства на 50-70%, а затраты на рабочую силу – на 50-80%. Дубай планирует к 2030 году 25% вновь возводимых зданий создавать с помощью 3D-печати.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *