3D-печать в строительстве: будущее уже сегодня

Рынок 3D-печати продолжает расти: тренды, перспективы, бизнес-стратегии

Будущее аддитивного производства начинается с понимания целей и ожиданий пользователей 3D-печати по всему миру. Именно это стало причиной запуска амбициозного исследовательского проекта французской компании Sculpteo – ежегодного отчета «Состояние рынка 3D-печати» (State of 3D Printing). Сегодня это один из наиболее авторитетных и всеобъемлющих источников информации о реальной ситуации и перспективах отрасли.

В этом году в опросе Sculpteo приняли участие 1600 респондентов из 71 страны. По данным отчета, все больше компаний осознают возможности аддитивного производства, увеличивают инвестиции и демонстрируют несомненную уверенность в будущем профессионального использования 3D-печати.

Данный материал предлагает полноценный обзор мира аддитивного производства и поможет вам выработать правильную бизнес-стратегию.

В блоге исследование «Состояние рынка 3D-печати 2020» публикуется в сокращении. Полную версию вы можете скачать бесплатно в нашей виртуальной библиотеке:

Тренды в сфере аддитивного производства

Материалы

  • Новые и доступные материалы.
  • Повышение качества и стабильности бюджетных аддитивных технологий.
  • Совершенствование технологий постобработки для получения деталей с максимально качественной поверхностью.
  • 3D-печать сразу из нескольких материалов.

Экологическая устойчивость

  • Биоразлагаемые материалы и материалы биологического происхождения.
  • Производство по запросу и на месте для сокращения транспортных издержек и затрат на охрану окружающей среды.
  • Применение 3D-печати для решения задач возобновляемой энергии и энергоэффективности.

Развитие технологий

  • Повышение удобства использования программного обеспечения и принтеров
  • Массовое производство: скорость печати и 3D-сканирования
  • Генеративный дизайн

Доступность

  • Снижение стоимости 3D-принтеров и материалов (металлы, фотополимеры).
  • Низкие расходы на постобработку.
  • Совместное использование проектов и инструментов.

Эксперты iQB Technologies рекомендуют статью Итоги-2020 и прогнозы: рынок 3D-печати будет ежегодно расти на 25%

Применение 3D-печати

Возможности 3D-печати растут с каждым днем, а вместе с ними расширяется и область ее применения. Постепенно компании начинают чувствовать себя более уверенно по отношению к 3D-технологиям. 68% респондентов стремятся использовать аддитивное производство для решения большего круга задач, а 44% собираются внедрять новые технологии 3D-печати. Большинство специалистов передают печать по технологиям SLS и Jet Fusion, а также 3D-печать металлами на аутсорсинг – так им не потребуется обслуживание собственного оборудования, и это подтолкнет их к тестированию новых технологий.

Так какие же технологии 3D-печати и постобработки наиболее популярны? Давайте узнаем!

Еще раз подчеркнем, что объемы производства с использованием 3D-печати продолжают расти. Мы наблюдаем этот рост в научно-исследовательской сфере и образовании, что соответствует возросшему спросу на новые материалы и технологии на рынке.

Кликните по изображению, чтобы увеличить

Использование фотополимеров увеличивается за счет как внутренних, так и внешних сервисов, в то время как для 3D-печати металлами большинство пользователей использует аутсорсинг.

Проектирование, тестирование и создание прототипов остаются основными задачами, решаемыми с помощью 3D-печати.

Стабильность и контроль качества остаются главной проблемой для пользователей, стремящихся расширить масштабы использования 3D-печати.

Большинство пользователей применяют технологии SLS, Jet Fusion и 3D-печать металлами за счет аутсорсинга, не приобретая оборудование.

Пользователи 3D-печати заинтересованы в освоении новых областей применения, технологий и материалов.

Обычно 3D-печать используется совместно с традиционными методами производства, такими как лазерная резка, обработка на станках с ЧПУ и литье под давлением.

Взгляд на аддитивные технологии

Что думают опрошенные о технологиях 3D-печати? В этом разделе мы рассмотрим основные преимущества 3D-печати для пользователей и их компаний. Как именно она оптимизирует производственные процессы?

66% респондентов используют 3D-печать для создания деталей со сложной геометрией. Участники опроса считают сокращение числа итераций, сроков выполнения заказа и расходов наиболее важными преимуществами данной технологии.

В этом разделе мы также рассмотрим будущее аддитивной отрасли и факторы, влияющие на ее рост и внедрение в бизнес. Что необходимо сделать, чтобы ускорить внедрение 3D-технологий? Сейчас узнаем.

По мере того, как технологии и материалы становятся все более доступными, возможность сокращения расходов благодаря 3D-печати становится очевидной для все большего числа пользователей. Многие также упоминают в числе преимуществ экономию времени благодаря сокращению числа итераций и сроков работы.

Затраты на организацию производства и недостаток знаний рассматриваются как основные ограничивающие факторы для внедрения 3D-печати.

Роль 3D-печати в бизнесе и производстве продолжает возрастать.

Новые материалы и надежные технологии востребованы для более чем 55% индустрии.

Бизнес-стратегии 3D-печати

Аддитивное производство является огромным конкурентным преимуществом. Благодаря некоторым значительным преимуществам 3D-печати, таким как сокращение сроков выполнения заказа и скорость внедрения инноваций, подавляющее большинство респондентов рассматривает 3D-печать как значительное улучшение для своего бизнеса.

Что касается денег, то инвестиции в аддитивные технологии растут с каждым годом. Большая часть этих пользователей увеличат свои инвестиции в 2020 году! Также можно увидеть, что подавляющее большинство опрошенных использует 3D-печать уже несколько лет и планирует инвестировать больше в эту технологию в ближайшем будущем. Деловой мир верит в перспективы аддитивного производства.

Давайте понаблюдаем, как 3D-печать становится реальным активом для компаний, помогая им развивать бизнес-стратегию!

63% видят значительное или кардинальное влияние на продажи. Сокращение времени выполнения заказа и скорость внедрения инноваций – это наиболее важные показатели успеха для 3D-печати.

Почти 60% считают 3D-печать одной из своих сильных сторон в сравнении с конкурентами.

65% компаний планируют увеличить свои инвестиции в 3D-печать в 2020 году.

Интеграция 3D-печати в производственные процессы продолжает увеличиваться: 74% активно используют 3D-печать в своих компаниях.

Обзор отрасли 3D-печати за последние 6 лет

Отчет Sculpteo предлагает взглянуть на анализ состояния отрасли 3D-печати за каждый год, начиная с 2015. Как развивалось использование 3D-печати за период 2015-2020 годов? Давайте посмотрим на ответы последних опросов.

Крупномасштабное производство с использованием 3D-печати продолжает распространяться, становясь таким же обычным явлением, как прототипирование и апробация.

Ускорение разработки и предложение кастомизированных продуктов и ограниченных серий остаются основными задачами для компаний, использующих 3D-печать.

Доля присутствия фотополимеров на рынке продолжает увеличиваться, демонстрируя значительный рост в течение последних двух лет.

Ключевые выводы

1. Отсутствие стабильности — это ахиллесова пята 3D-печати

Для того чтобы аддитивные технологии стали неотъемлемой частью любого производства, необходимо разработать оборудование и материалы, обеспечивающие высокую стабильность работы.

  • 51% утверждает, что использует 3D-печать по большей части для решения задач контроля качества.
  • 62% считают, что для роста отрасли 3D-печати нужны более надежные технологии.

2. 3D-печать укрепляет позиции в определенных отраслях промышленности

Многие отрасли промышленности начинают увеличивать объемы использования 3D-печати, так как ее роль в рамках их производственных процессов становится все более значимой. Пользователи постоянно углубляют свои знания и опыт применения аддитивных технологий.

  • 80% используют 3D-печать в своих компаниях уже более 2 лет.
  • 33% ожидают до 50% увеличения инвестиций в этом году, что является более консервативной оценкой, чем в предыдущие годы.

3. 3D-печать может считаться нерентабельной

Для более широкого использования аддитивных технологий стоимость производимых деталей необходимо снизить – это позволит привлечь больше отраслей и секторов.

  • Более 50% заказывают печать по технологиям SLS, Jet Fusion, SLM/DMLS и Binder Jetting на стороне, чтобы компенсировать затраты на оборудование и обслуживание.
  • 59% указывают, что затраты на организацию производства являются ограничивающим фактором для внедрения 3D-печати.

4. Изменение восприятия: от прототипирования к полноценной производственной технологии

Несмотря на все большее распространение 3D-печати в производстве, ее преимущества пока очевидны только для прототипирования и мелкосерийного производства. Необходимо продемонстрировать предприятиям реальную выгоду 3D-печати для промышленного производства.

  • 60% отмечают значительное сокращение стоимости детали при использовании 3D-печати.
  • 52% используют 3D-печать для производства, в то время как 68% – для прототипирования.

В статье представлена сокращенная версия отчета компании Sculpteo. Полный вариант доступен по ссылке.
© 2020 Sculpteo. Материал переведен компанией iQB Technologies эксклюзивно для блога 3D-экспертов blog.iqb.ru.

Статья опубликована 20.08.2020 , обновлена 24.12.2020

Перспектива развития 3D-печати в строительстве

Рубрика: Информационные технологии

Дата публикации: 11.06.2018 2018-06-11

Статья просмотрена: 842 раза

Библиографическое описание:

Лохмутов, Н. Д. Перспектива развития 3D-печати в строительстве / Н. Д. Лохмутов, Д. В. Куличков, В. В. Ермолаева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 23 (209). — С. 177-179. — URL: https://moluch.ru/archive/209/51318/ (дата обращения: 22.02.2021).

Данная статья посвящена рассмотрению перспективы развития 3D печати в России как производящего элемента строительной отрасли. Показан уровень развития строительной 3D-печати в России и зарубежных странах. Рассмотрены примеры применения строительных 3D-принтеров в России и других странах.

Ключевые слова: 3D-печать, строительный 3D-принтер.

Развитие 3D-печати

3D-печать производится несколькими способами, при этом используются различные материалы, но в каждом из методов используется технология создания послойного твёрдого объекта. Изобрел 3D-печать исследователь из Америки Чак Халл. В 1986 году он показал людям свое изобретение, которому он дал название «установка для стереолитографии». Но по прошествии нескольких лет Скотт Крамп изобрел технологию, используя которую, сегодня функционируют все 3D-принтеры, используемые для малого потребления. Технологию назвали FDM (моделирование путём декомпозиции плавящегося материала). В 2008 году все 3D-принтеры продолжали использовать в качестве основного материала лишь ABS пластик. Но компания Objet Geometries Ltd в том же году представила принтер, работающий с разными типами материалов. Сегодня количество материалов, используемых в 3D-печати, уже превысило отметку в 100, среди новых материалов наиболее интересны биоматериалы и бетон.

3D-печать встроительстве

В 2014 году началось активное строительство зданий с помощью 3D-принтера, в качестве основного материала использовали бетон. В том же году компания из Китая WinSun запланировала постройку десяти 3D-печатных домов, и возвести их, они планировали за сутки, впоследствии они построили еще пятиэтажный дом и особняк. В университете с техническим направлением, который находится в Эйндховене, в начале 2015 года начали работу над созданием 3d-принтера для изготовления домов. За это время команда сделала небольшое количество проектов с помощью 3d-принтера, например, мосты, небольшой павильоны и самое важное началось проектирование жилых домов. Строения, построенные в Эйндховене, будут необычной формы, которую можно сделать только при 3D-печати. Партнеры университета прикладывают усилия, чтобы сделать дизайн качественным и надежным, который вносит инновации в привычные дизайны домов в Нидерландах. Первые жильцы смогут заселиться в свои новые одноэтажные дома, напечатанные с помощью 3d-принтера, в начале 2019 года, в перспективе планируется постройка уже многоэтажных домов. Детали первых домов будут сделаны на собственном 3D-принтере университета, следующая цель инженеров — поэтапно перенести производство на стройплощадку. Заключительный дом напечатают на 3D-принтере уже непосредственно на стройплощадке. Также в других странах началось использование этой технологии в строительстве. Как пример, архитекторы из Нью-Йорка используют 3D-печать, чтобы восстановить облик исторических зданий. Мотивацией для проекта EDG стало желание восстановить дизайн фасада исторического дома на Пятой авеню в Нью-Йорке, который подлежал сносу. Архитекторы утверждают, что классические орнаменты на фасадах слишком сложно или вообще невозможно воспроизвести в настоящее время– вот поэтому команды по всему миру нечасто обращаются к реставрации оставшихся исторических образцов. Новая методика с использованием 3D-печати позволяет создать и встроить элементы фасадного орнамента при очень небольших затратах. В EDG надеются, что разработку можно будет начать применять и в других городах и странах по всему миру. Технология позволяет вернуть ощущение «ручного» производства и также демократизировать процесс дизайна, делая его доступным для всех отраслей.

Читайте также:  Араукария: уход в домашних условиях

Развитие 3D-печати вРоссии

В России в 2015 году в рамках выставки «Станкостроение» (Крокус-Экспо) ЗАО «СПЕЦАВИА» были представлены российские разработки и промышленные образцы строительных 3D-принтеров. Менее чем через два года, в феврале 2017, в подмосковном Ступино был создан, полностью напечатанный на 3D-принтере дом. Его возвели прямо на стройплощадке. И довольно быстро технология строительства с помощью 3D-печати добралась до регионов. В конце мая 2018 года ярославские инженеры сделали диагностику первого строительного 3D-принтера в Болгарии. Специалисты «АМТ-СПЕЦАВИА» продемонстрировали как обращаться с оборудованием персоналу покупающей компании. Кроме управления принтером учебная программа содержала в себе — формирование G-кодов, подбор рецептуры из местных материалов и приготовление смесей для печати, регламентное обслуживание оборудования, тестовую печать.

В итоге, местная строительная компания получила строительный принтер «АМТ» S-6044 Long с рабочим полем 8х8 метров. Принтер может печатать стандартными составами на основе цемента М 300–500. Скорость печати составляет порядка 10 кв. м /ч в пересчете на однокамерную стену.

Также 3D-принтеры «АМТ-СПЕЦАВИА» уже работают в Дании, Казахстане, Молдове, Узбекистане. На сегодняшний день самым известным проектом компании является 3D-печать жилого дома в Ярославской области.

3D-печать на крупных объектах

В европейской организации по ядерным исследованиям CERN внедряют технологии 3D-печати в разработку новых материалов и деталей — уже с 2014 года элементы Большого адронного коллайдера производятся по технологии SLA с помощью 3D-принтера, их собственной разработки. Сейчас специалисты CERN исследуют способы 3D-печати из металла, инженеров особенно интересуют магнитные сверхпроводники и детали для работы с радиочастотами.

В разработке технологий 3D-печати по методу селективного лазерного сплавления (SLM) с CERN будет сотрудничать компания Simufact Additive. Команда Simufact предоставит исследователям из CERN компьютерные симуляции, которые позволят прогнозировать результаты 3D-печати, обеспечивая более эффективное и рациональное использование дорогостоящих деталей. Платформа Simufact Additive — это цифровой инструмент, интегрированный с программой Materialise Magics и поступивший в продажу более года назад. Симуляцию используют более 60 клиентов, включая немецкого производителя высокоточных компонентов Toolcraft.

Ценность симуляций Simufact для инженеров из CERN очевидна — прогнозирование результатов 3D-печати позволяет с первого раза получать идеальные детали из дорогостоящих материалов. Помимо 3D-печати, платформа Simufact Additive просчитывает результаты тепловой обработки, удаления поддерживающих материалов и печатной платформы, а также других методов обработки металлических деталей.

Заключение

3D-печать имеет широкий спектр применения в нашей жизни. 3D-печать способна если не решить, то помочь решить много глобальных проблем. Разработка проекта здания любой сложности и его возведение займет в разы меньше времени, также данная технология позволит в будущем возводить сооружения на других планетах, в частности на Марсе. Для России технология возведения зданий с помощью 3D-принтера вполне актуальна. С 1февраля 2017 года — все граждане России могут подать заявку на «дальневосточный гектар». С помощью технологии 3D-печати за неделю можно соорудить целый поселок на Дальнем Востоке. У данной технологии, конечно, есть и минусы, среди которых большая стоимость оборудования, но если немного рационализировать эту отрасль, за ней, несомненно, наше будущее. В данной статье освещена лишь часть возможностей 3D-печати, не менее важную роль она играет в медицине и многих других сферах.

Будущее здесь: 3D печать в архитектуре и строительстве

За последние несколько лет технологии 3D-печати перешли в тот качественно новый уровень, который позволил повсеместно использовать их в архитектуре и строительстве. Расширилось число материалов, с которыми могут работать принтеры, соответственно, получили широкое распространение технологичные полимеры и сплавы, гарантирующие сочетание простоты в обработке и высокой детализации.

По прогнозам исследователя 3D-печати Терри Уолтерса к 2020 году доля готовых продуктов на этом рынке сравняется с долей прототипов. Таким образом, технология уже сейчас доказала свою уникальность и исключительные преимущества, подтверждаемые примерами практики ведущих проектировщиков и дизайнеров.

От теории к практике (GSAPP, ETHZ и USC)

В лаборатории (N)certainties под эгидой архитектурной школы GSAPP в Колумбийском университете используются 3D-принтеры для промежуточного проектирования на всех этапах реализации планов строительства зданий и арт-объектов. Идеология местной научной школы заключается в проработке возможностей по тотальной трансформации общества, в котором логистика и изолированное производство от удалённых поставщиков уйдут в прошлое, поскольку протестировать любой предмет можно будет, распечатав макет, а изготовление изделия будет производиться прямо на месте.

Одними из первых исследователей в академической среде стали Матиас Колер и Фабио Грамацио из Высшей технической школы Цюриха (ETHZ). Их эксперименты связаны с оценкой точности и качества реализации сложных архитектурных форм с помощью роботизированного манипулятора, закреплённого на грузовом прицепе. Их инсталляция Pike Loop создана с помощью постепенного добавления затвердевающего материала к изделию.

Профессор Бехрох Хошневис из University of Southern California разрабатывает направление Contour Crafting, основанное на возможности наслоения керамического состава на каркасы. В перспективе данный алгоритм позволяет печатать готовые жилые помещения с инженерными коммуникациями.

Студенческие проекты RPI

Современное техническое образование делает существенные шаги в будущее, ориентируя студентов на создание готовых решений. В США в RPI School of Architecture студенты-архитекторы уже несколько лет представляют в дополнение к документации дипломного проекта модель, напечатанную на 3D-принтере. Изделия создаются при помощи быстрого прототипирования — rapid prototyping — как по-другому называют 3D-печать.

Макеты для строительных компаний

3D печать активно используется в проектах строительных компаний. Сервис 3D печати Prototypster разрабатывает модели и производит макеты для «Сибакадемстрой», сотрудники которой давно открыли для себя этот эффективный инструмент: печать объектов строительства занимает не более 10 дней, в отличие от макетирования вручную, которое может занять месяц драгоценного времени. Помимо скорости для компании важно еще одно преимущество 3D печати — возможность тиражирования, которая выручает при необходимости демонстрации макета в нескольких географических точках одновременно.

Расчёты прочности и проработка стиля

Эксклюзивный макет здания колонны представила калифорнийская компания Emerging Objects. Их разработка в ряде положений опирается на строительные практики древних инков, живших на территории современного Перу в сейсмически опасных зонах. Колонна способна выдержать мощные толчки и выстоять в любых стихийных бедствиях.

С помощью отработки на 3D-макетах сейчас завершается возведение легендарной церкви Segrada Familia по недостроенному проекту Антонио Гауди. Детализация лепнины и сложных готических форм потребовали подключения массы современных технологий, для того чтобы воспроизвести нюансы стиля, задуманные гениальным архитектором.

Разнообразие архитектурных проектов, в которых активно используется 3D-печать, становится богаче с каждым годом. Сегодня в значительном числе отраслей строительства изготовление подобных макетов оказывается не только нагляднее и понятнее для клиента, но и экономичнее. Среди дополнительных преимуществ обнаруживается возможность тиражирования идентичных копий для заказчика, проектировщика и строителя, что позволяет избежать затрат времени и других ресурсов.

Prototypster — это широкий спектр возможностей по изготовлению высокоточных 3D-макетов и готовых прототипов. Мы индивидуально подходим к каждому заказу, применяя для работ профессиональное оборудование и более чем 20 материалов, предлагаемых на выбор. С нами проектирование и инженерные изыскания выходят на новый уровень, а на замену чертежам приходят практичные модели с впечатляющей детализацией.

Если Вам необходимо изготовить детали макета здания, жилого комплекса, ландшафтного сектора, то наши специалисты готовы помочь подобрать нужные материалы и технологии для 3D-печати.

Строим дом с помощью 3D-принтера: обзор компаний и перспективы

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

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.

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.

«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».

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.

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.

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 – 3D-печатной пятиэтажкой и симпатичным особняком площадью 1100 кв. метров.

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.

Читайте также:  Архитектурная тонировка окон

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.

Запись передачи можно посмотреть по этой ссылке.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве

Технологии не стоят на месте. Не так давно российские ученые объявили, что сумели распечатать на 3D-принтере искусственное сердце, то и дело попадаются сообщения, что подобный агрегат с нуля сможет создать все детали для велосипеда и даже автомобиля, но это еще не всё. Умельцы и придумщики шагнули ещё дальше, из микромира в макромир, и научились распечатывать на принтерах настоящие дома. Нет, не макеты, полноразмерные жилища для людей. Сегодня редакция Homius.ru решила поподробнее изучить этот вопрос и рассказать, насколько интересна для россиян будет такая технология и насколько практично будет распечатать себе новый дом. Кроме того, в этом обзоре рассмотрим иные возможности применения 3D-принтера в строительстве.

Что такое строительный 3Д-принтер и зачем он нужен

Если говорить совсем упрощенно, то строительный 3D-принтер — это своего рода гибрид бетономешалки и руки-манипулятора, рисующего по заданному алгоритму чертеж. По сути, вместо чернил у него бетон, а вместо бумаги – реальная строительная площадка.

Конструкция может быть как большой, к примеру, окружностью, так и ограниченной в пространстве, к примеру, стеной определённой ширины и длины.

К сведению! Новатором использования специального принтера для печати домов и строительных конструкции считается профессор Университета Южной Калифорнии Берох Хошневис. Он запатентовал технологию Contour Crafting, а именно – использования специального экструдера на подвижной платформе, с помощью которого и наносятся слои цементной смеси.

Интересно, что прародителем идеи самовозводимых с помощью роботов-манипуляторов домов считается не один человек, а целая группа специалистов NASA еще в 1995 году, когда в Америке активно развивалась идея покорения малоизученных участков не только нашей планеты, но и космоса. Считалось, что роботы смогут подготовить плацдарм для переселения и комфортного проживания представителем земной цивилизации в другие, менее обжитые уголки Вселенной.

И правда: в домах, возведённых по такой технологии есть что-то космическое!

Как работает строительный 3Д-принтер

Так называемая аддитивная технология строительства (от англ. Add- добавлять, наращивать) практически не имеет ограничений в использовании(кроме как законами физики). На 3D-принтере можно печатать как отдельные элементы конструкции: стены, перекрытия, другие элементы, так и цельные дома.

Интересный факт! В России впервые дом, полностью напечатанный на 3D-принтере, был возведен в 2016 году компанией ApisCor в городе Ступино. Интересно, что дом возводился целиком, т.е. печатался от потолка до крыши без перерыва. Весь процесс занял 24 часа чистого времени. До этого дня печатались только отдельные панели.

По сути, процесс работ повторяет обычное строительство. Сначала создается проект, затем возводится фундамент, в этом случае, чаще всего, он кирпичный. Процесс компьютерного моделирования в строительстве подобных сооружений – важнейшая часть. Ведь все этапы возведения дома возложены на искусственный интеллект.

Современные 3D-принтеры могут учитывать конфигурацию и положение окон, а также применять архитектурные приемы, используя заранее созданные макеты

По сути, основная часть принтера, кроме электронной начинки, – это стрела экструдера и управляющие ею эксцентрики, которые и двигаются по платформе в заданном радиусе или по прямой. Собственно, монтаж базы, или основания принтера как раз зависит от параметров здания и его конфигурации. Дома могут иметь разную форму и габариты, соответственно и формат машин, создающих их, совершенно разный.

Важное дополнение. В строительном принтере нет необходимости использовать нагревающий элемент. Бетонная смесь подается напрямую из бетономешалки, с помощью специальных насосных систем. Такие машины позволяют идеально ровно выполнить кладку, а в некоторых случаях оставить отверстия под арматурные элементы.

3D-принтер позволяет провести укладку стен, перекрытий, инженерных отверстий, в том числе под оконные проёмы

Виды 3Д-принтеров для строительства дома

Как мы уже замечали выше, тип 3D-принтера напрямую зависит от типа и модификации здания. Которое он возводит. От этого зависит и размер самого принтера, объем бетономешалки, а также сопла, который подает строительную смесь.

Вариации конструкций строительных 3D-принтеров

Впервые дома по данной технологии стали массово возводить в Шанхае. Одна из первых 3D-машин, поразившей своими размахами и размером стал принтер WinSun. Длина рабочей зоны составляла 150 метров, а ширина 10. Такой принтер способен за несколько дней напечатать здание высотой 6 метров.

Дом, напечатанный чудо-принтером

Интересно, что в качестве технологической изюминки китайские инженеры использовали специальное стекловолокно, которое, с одной стороны, удешевляло строительные работы, а с другой – делало бетонную смесь менее теплопроводной. Тестовые образцы позволили компании сэкономить половину бюджета на возведение дома по новой технологии.

Европейские же инженеры, к примеру, голландские предпочитают печатать не собственно дома, а строительные материалы, с помощью которых эти дома можно возводить, считая (в чем-то справедливо), что более качественно работа будет сделана всё-таки человеческими руками и головой.

Достоинства и недостатки применения 3D-принтера в строительстве

Главным плюсом, о котором говорили все разработчики, называется то, что процесс возведения жилья удешевляется, а скорость возведения объектов увеличивается. Однако, до сих пор непонятно, будет ли использоваться человеческий труд, хотя бы в качестве дополняющего элемента.

Кроме того, универсальность печати и возможности моделирования смогут в будущем позволить возводить дома на участках со сложным рельефом. Технические решения уже в этом направлении есть

С помощью точного расчета можно создавать идеальные опорные и несущие конструкции под определённую местность, идеально точно следовать метражу помещения по проекту, а главное – создать идеально ровные стены. Кроме того, с помощью 3D-печати можно создать идеально ровный фундамент, причем достаточно быстро.

Среди главных, но существенных минусов – это большие энергозатраты и необходимость обслуживания оборудования. Кроме того, каким бы ни было совершенным оборудование, полный цикл работ оно охватить не сможет.

Строительная площадка под строительство дома на 3D-принтере

Ведущие производители принтеров для 3D-печати домов

В России пока немногие компании решились освоить такую технологию строительства. Ещё меньше занимаются серийным производством такого оборудования. Всё-таки, пока это штучный товар. Однако, всё же можно назвать одну из них, которая уже прочно заняла лидирующие позиции в этой области. Это фирма СпецАвиа. Её персоналом был разработан и опробован прототип строительного 3D-печатного аппарата и осуществлена пробная печать.

Кроме того, на рынке можно встретить образцы словенской компании BetAbram. Она занялась серийным производством строительных принтеров. Сейчас в линейке компании несколько вариантов конструкций или моделей принтеров. Их стоимость варьируется от 12 000 евро за станок до 20000 евро. Вероятно, что затраты себя оправдают.

Принтер BetAbram P1 может напечатать дом площадью в 144 квадратных метра, при относительно невысокой конструкции – около трех метров

Внешне принтер похож на обычную платформу, двигающуюся по рельсам. Они регулируются по высоте.

А как же насчет внутренних стен? Интересно, что и тут строительный 3D-принтер тоже может выручить. Просто сырье для возведения внутренних перегородок отличается.

Такие стены никак не похожи на цементные, хотя напечатаны в той же технологии

Специальный полимер на основе клея и соли, высыхая, создает ажурную конструкцию, которая про прочности не уступает цементной, однако, она значительно легче. Материал не боится влаги, его можно использовать для возведения перегородок.

Материал под названием Saltygloo (с англ. «солевой клей») был разработан компанией EmergingObjects

Примеры домов, построенных с применением 3D-печати

Ещё раз, давайте полюбуемся на причудливые строения, созданные искусственным интеллектом. Вполне вероятно, что подобные строения прочно войдут в нашу жизнь. А также посмотрим, как работают самые трудолюбивые каменщики в мире.

3D-печать в строительстве: как это работает, технологии и 3D-принтеры

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
  • Материалы
  • Принтеры
    • Contour Crafting
    • АМТ
    • Apis Cor
    • WINSUN
    • D-Shape
    • CyBe Construction
    • BatiPrint
    • WASP
  • Заключение

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.

Устройства типа «дельта» не зависят от трехмерных направляющих и могут печатать более сложные фигуры. Здесь печатающая головка подвешивается на рычагах, которые крепятся к вертикальным направляющим.

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.

Читайте также:  Как выбрать класс ламината для дома или офиса?

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.

Российская компания АМТ входит в группу компаний «АМТ-СПЕЦАВИА». Сфера ее деятельности — разработка и производство строительных 3D-принтеров, продажа и сервисное обслуживание оборудования на зарубежных рынках. Ассортимент компании состоит из семи 3D-принтеров разных размеров.

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

Российская компания «Апис Кор Инжиниринг» (Apis Cor) — разработчик уникального мобильного строительного 3D-принтера, который печатает дом целиком на месте строительства.

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

В 2014 году шанхайская компания Winsun прославилась на весь мир возведением десяти 3D-печатных зданий всего за одни сутки. На деле все оказалось немного скромнее: небольшие «коробочки» были напечатаны, блок за блоком, заранее, а затем собраны на строительной площадке, без арматуры и коммуникаций, но с остеклением.

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

CyBe Construction — компания из Нидерландов, применяющая 3D-печать в строительстве домов «под ключ». CyBe производит материал для печати и два строительных 3D-принтера.

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.

Для проекта будет использоваться разработанный университетом метод Batiprint3D — 3D-печать «изнутри». Опалубка из полиуретана печатается послойным распылением материала похожего на монтажную пену, после застывания которого заливается бетоном.

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.

Проект BigDelta — это строительная 3D-печать с использованием природных материалов. В качестве «расходников» используется прессованная солома и земля.

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.

Обращайтесь в Top 3D Shop для приобретения строительного 3D-печатного оборудования и рациональной интеграции аддитивных технологий в ваш бизнес-процесс — наши менеджеры и инженеры дадут исчерпывающую консультацию по применению оборудования, предложат сценарии применения, составят проектную документацию для поставки и обеспечат квалифицированный сервис.

Перспективы 3D печати в будущем

Перспективы 3D печати

Уже сейчас перспективы 3D печати крайне многообещающие. Ученые активно развивают существующие методики 3D печати, разрабатывают новые технологии и типы материалов, находят новые сферы применения. Многие называют 3Д печать технологией будущего, и этому есть причины. Методика способна полностью перевернуть привычный уклад жизни, изменив способ производства большинства вещей. По сути, 3D принтер – это настоящая многофункциональная фабрика, небольшая и компактная. За счет этого будущее 3D печати вполне определенно можно назвать успешным.

3D принтеры способны значительно снизить производственные затраты, за счет чего снизится и себестоимость изделий. Судя по нарастающей тенденции к популяризации 3D технологий, в будущем основной товарной единицей станет сырье для 3D печати. В целом, перспективы 3D печати определены для многих сфер. И сейчас мы постараемся максимально их раскрыть.

Будущее 3D печати

Если попытаться представить будущее 3D печати, воображение нарисует довольно интересную картину. Учитывая большой интерес ученых к методике 3D биопринтинга, которая представляет одну из наиболее перспективных технологий 3D печати, изготовление на 3D принтере искусственных органов не за горами. Также с уверенностью можно сказать, что будущее 3D печати принесет нам кардинальные изменения в таких сферах, как:

  • Строительство. 3Д печать домов, или контурное строительство, привлекает многих своей футуристичностью и простотой. Первые шаги в этом направлении уже сделаны. Пионерами в 3Д-печати домов стали китайцы, следом за которыми контурное строительство открыло для себя правительство Дубая. В этом городе будущего уже построено первое 3D-печатное офисное здание, а в ближайшем будущем планируется напечатать целый квартал. А буквально недавно на 3D принтере был создан первый печатный дом в Европе;
  • Электроника. Перечисляя перспективы 3D печати, этому пункту следует уделить особое внимание. Ученые считают 3Д печать электроники будущим изготовления цифровых приборов, и небезосновательно. В настоящее время активно проводятся исследования свойств графена и его применения в аддитивном производстве. Огромный прорыв в этой области – создание на 3D-принтере графенового аккумулятора с неограниченным сроком эксплуатации;
  • Автомобильная и аэрокосмическая промышленность. Будущее 3D печати во многом основано на ее способности воспроизводить практически любые элементы различной сложности. В связи с этим, уже сейчас 3Д печать широко применяется при разработке самолетов, машин и спутников. На МКС даже есть собственный 3D принтер, не говоря уже о ряде удачных результатов 3D-печати автомобилей.
  • Фармацевтическая промышленность. Да-да, можете себе представить. Будущее 3D печати – в изготовлении таблеток и прочих лекарственных средств. Подтверждением этому являются легализированные в США таблетки от эпилепсии, изготовленные по особой методике. Суть этой перспективы 3D печати заключается в постепенном высвобождении активных веществ, благодаря чему вместо множества таблеток можно будет выпить всего одну.
  • Пищевая промышленность. 3Д принтеры для печати еды постепенно отвоевывают пространство в кафе и ресторанах. Хотя это, вероятно, одна из самых сырых технологий 3Д-печати, потенциал заложен и в ней. Пищевые 3D принтеры особенно интересны возможностью изготовления еды для космонавтов, а также свободой проявления кулинарного таланта. Подтверждением этому являются потрясающие 3D-печатные десерты нашей соотечественницы.

Другие вопросы и ответы о 3D принтерах и 3D печати:

  • Финансы Какие производители 3D принтеров лучше?
  • Финансы Какой 3D принтер лучше купить?

Будущее 3D принтеров

Теперь попробуем представить будущее 3D принтеров. Здесь есть несколько важных моментов, на которые следует обратить внимание. Ниже мы перечислим наиболее вероятные сценарии будущего 3Д-принтеров.

  • Повышение надежности и качества приборов. Наверняка, этого с нетерпением ждут многие пользователи, ведь большинство существующих моделей 3Д принтеров не могут похвастаться бесперебойной работой и отсутствием погрешностей при печати;
  • Масштабное распространение. Совершенно определенно, что будущее 3D принтеров порадует нас их популяризацией. Даже сейчас можно наблюдать растущую тенденцию к применению 3Д печати практически во всех сферах промышленности. Параллельно с тем, что все больше пользователей узнают о возможностях технологии, растет и спрос на настольные 3Д принтеры;
  • Доступность. В продолжение предыдущего пункта стоит заметить, что растущий спрос на 3Д-принтеры приведет к снижению цен на эти устройства. Применение 3D печати в бытовых целях набирает обороты, что выводит на рынок новых производителей оборудования. Естественно, такой шаг повлечет за собой удешевление устройств;
  • Увеличение области построения. 3D печать крупногабаритных объектов давно занимает умы разработчиков. Конечно, это касается промышленных 3D-принтеров, ведь функциональность 3D печати при таком масштабе позволит создавать полноценные компоненты, к примеру, автомобилей и самолетов;
  • Расширение спектра доступных материалов. Будущее 3D принтеров во многом зависит от материалов для 3Д печати, ведь большее количество означает больше возможностей. Разработки специального оборудования и соответствующих материалов ведутся многими фирмами и постоянно появляются новости о выходе новых полимеров.

3D технологии будущего

Подводя итоги, осталось рассмотреть только 3D технологии будущего. К ним относятся различные футуристичные сценарии, которые в той или иной мере начинают развиваться уже сегодня. К ним можно отнести методику виртуальной реальности, 3Д сканирование для создания идеальной одежды и обуви, 3Д-печатный макияж и прочее. В некотором роде, 3D технологии будущего включают в себя также биопечать. Кстати, ученые ведут разговоры о строительстве первого 3D-печатного поселения на Луне и Марсе, так что перспективы 3D печати также актуальны за пределами Земли.

Это был перечень основных сценариев будущего 3Д печати. Посмотрим, насколько им суждено сбыться. Если у Вас имеются дополнительные вопросы, которые мы не затронули, пишите нам на электронную почту и мы, в случае необходимости, добавим и Ваши вопросы! С уважением, коллектив компании 3DDevice.

В нашем магазине представлен широкий ассортимент 3Д принтеров, 3Д сканеров, 3Д пластика и смол, а также других аксессуаров по лучшим ценам на рынке Украины с доставкой по всем городам (Харьков, Николаев, Днепропетровск, Львов, Запорожье, Херсон, Донецк, Одесса). Также мы предоставляем услуги 3Д печати, 3Д сканирования и 3Д моделирования. По всем вопросам обращайтесь к нам любым удобным вам способом. Контакты указаны здесь. Будем рады сотрудничеству!

Ссылка на основную публикацию