Бетон для 3D-строительства

Строительная 3D печать: экспериментальная установка строительства бетоном

Главная страница » Строительная 3D печать: экспериментальная установка строительства бетоном

Технология строительная 3D печать бетоном на текущий момент ещё не способна обеспечить печать готовым бетоном с крупными заполнителями. Однако строительное оборудование 3D печати под оптимизированные бетонные материалы уже разработано. Устройство такого типа, рассматриваемое ниже, призвано напрямую вести строительную 3D печать товарным бетоном. Далее подробно описывается строительство 3D печатью, включая оборудование, основное программное обеспечение, подготовку бетона, процесс печати и проверку созданной конструкции. Этот материал представляется ценным опытом для будущих строек.

Принтерное оборудование и необходимые строительные материалы

Коммерческий рынок предлагает различные виды 3D принтеров, — механизмов строительного назначения, использующих материалы:

  • полипропиленовый фибробетон,
  • нейлоновый фибробетон,
  • гелевый порошок,
  • гипс и другие.

Тем не менее, от массового производства до практического применения строительной 3D печати ещё предстоит проделать много технической исследовательской работы, если применять новые строительные материалы. Поэтому исследования и разработка строительного 3D принтера, способного напрямую вести печать бетоном, видятся насущной необходимостью.

Строительный 3D принтер – концептуальная конструкция: 1 – верхняя стабилизационная система; 2 – дорожка оси X; 3 – принтер экструдер; 4 – дорожка оси Y; 5 – дорожка оси Z

Конструкция строительного принтера, что на картинке выше, представлена механической концепцией колонного типа. Для реализации строительной 3D печати используется рамка на четырёх колоннах. Как показано рисунком выше, механизм разделён на несколько структурных частей:

  • дорожка оси X,
  • дорожка оси Y,
  • дорожка оси Z,
  • печатающая головка,
  • система верхней стабилизации,
  • автобетононасос.

Дорожки осей X и Y управляют горизонтальным перемещением строительной печатающей головки, в то время как горизонтальная система по осям X и Y обеспечивает вертикальный подъём с помощью тележки по оси Z. Такой подход удовлетворяет движению строительной печатной головки по осям X, Y, Z.

Устройство строительной трёхмерной печати колонного типа имеет ширину оси X и высоту оси Z около 20 метров. Строительный принтер допускает печать зданий шириной и высотой не более 18 м. Длина оси Y допускает увеличение до бесконечности за счёт увеличения числа столбцов оси Z.

Строительная 3D печать принтером колонного типа, предварительно подготовленной бетонной смесью. Аксонометрический вид конструкции: 1 – бетононасос на базе грузовика; 2 – перепад высот

Таким образом, строительный 3D принтер колонного типа под печать бетоном видится простым в установке устройством, способным создавать бетонные конструкции высотой до шести этажей. Кроме того, строительная печатающая головка и рычаг автобетононасоса приводятся в движение независимо.

Каждый механизм оснащён датчиком положения, определяющим взаимное положение головки и рычага. Когда бетонная смесь непрерывно подаётся на строительную печатающую головку, рычаг автобетононасоса самостоятельно выполняет позиционирование и подачу.

Разработка принтера строительной 3D печати

Механическая конструкция колонного типа должна обеспечивать печатную платформу 3D принтеров, использующих классический материальный состав товарного бетона:

  • песок,
  • крупнозернистый заполнитель,
  • цемент,
  • вода.

Однако наличие грубых и крупнозернистых заполнителей в составе готового бетона видится существенной проблемой для разработки оборудования строительной 3D печати. Основная причина заключается в трудностях при разработке строительной печатающей головки, способной работать с материалом, содержащим крупнозернистый заполнитель.

Архитектурная система строительной 3D печати, представленная здесь, — это коммерческая система трёхмерной печати готовым раствором. Механика устройства отличается тем, что содержит строительную печатающую головку с двойной поддержкой, непрерывно печатающей предварительно подготовленной смесью с заполнителем диаметром менее 15 мм.

РИС3. Структурная схема строительной печатной головки: 1 – система подпитки бетоном; 2 – система регулировки смеси; 3 – V-образное вибрационное сито; 4 – выход автобетононасоса; 5, 6 – заслонки «открыто / закрыто»; 7 – система смешивания; П1, П2 – рабочие поршни

На картинке выше показана схема печатающей головки с поддержкой двусторонней печати. Конструкция головки разделена на два загрузочных бункера, оснащённых пятью функциональными системами:

  1. Поршневой подпитки.
  2. Подачи бетона.
  3. Контроля производительности.
  4. Смешивания.
  5. Регулировки структуры смеси.

Двусекционная печатная головка – принцип работы

Особенность печатающей головки строительного принтера с двумя вспомогательными устройствами заключается в одновременной работе подающих бункеров A и B.

Когда через один бункер выдавливается бетон и осуществляется строительная печать, автоматическая регулировка подачи и усадки стройматериала начинает работать в другом бункере. Так обеспечивается непрерывная строительная 3D печать.

Система подачи предусматривает наличие пары поршней. Когда бункер A находится в режиме печати, бетон подаётся в бункер B, поршень П1 движется вниз, заслонка A5 открывается. Стройматериал внутри бункера A перемещается вниз под давлением поршня П1 и выводится на строительную 3D печать.

Системный компьютер контролирует скорость печати бетоном за счёт регулировки скорости движения поршня П1 вниз. В то же время поршень П2 поднимается вверх, заслонка B5 закрывается, тем самым открывая систему подачи стройматериала в бункер B.

Важные аспекты строительной 3D печати

Известно, что процессы транспортировки и подачи вносят неопределенные изменения в конкретные рабочие характеристики. В результате проверка работоспособности и регулировка в подающем бункере становятся важными аспектами строительной 3D печати бетоном.

Система смешения компонентов раствора оснащена серводвигателем, автоматикой которого выполняется проверка крутящего момента. Спиральные лопасти бункеров A и B приводятся в движение серводвигателем. Вращение спиральных лопастей возвращает величину крутящего момента серводвигателя.

Посредством повторных тестов взаимосвязь между крутящим моментом и резкой усадкой показана на картинке ниже, когда диаметр спирального ножа составляет 50 мм, шаг составляет 25 мм, а ход винта — 120 мм.

График соотношения данных, наглядно демонстрирующий связь между крутящим моментом и усадкой для представленной экспериментальной строительной системы 3D печати бетоном

Оседание бетона в бункере подачи составляет 120-130 мм. При этом эффект печати отмечается оптимальным. То есть, крутящий момент серводвигателя для оптимальной печати составляет 1,25-1,75 Нм. Если крутящий момент двигателя не находится в этом диапазоне, активируется система регулировки производства бетона.

Момент схватывания бетона регулируется путём добавления:

  • воды,
  • суперпластификатора,
  • иных добавок.

В то же время система обнаружения передаёт данные о крутящем моменте каждую секунду. Когда крутящий момент достигает значения 1,25-1,75 Нм, система регулировки подготовки бетона отключается и начинается печать.

Строительная 3D печать — испытания характеристик бетона

Важно отметить: описанная здесь система строительной 3D печати из готового бетона оснащена винтом крутящего момента с учётом испытания характеристик бетона.

Следовательно, диаметр крупного заполнителя в бетоне должен быть не более 15 мм. Поэтому V-образное вибрационное сито используется на верхнем конце системы подачи бетона. Это сито имеет диаметр пор 15 мм для фильтрования заполнителя большего диаметра.

Кроме того, если бетон внутри печатающей головки постоянно вибрирует во время процесса печати, механическая системная ошибка, вызванная процессом вибрации, будет определенно недопустимой.

Однако обычно печатный бетон без какой-либо обработки трудно удовлетворяет требованиям прочности. Сжатая система строительной 3D-печати помогает сделать бетон более плотным под давлением, что сопровождается достижением прочности, соответствующей требованиям.

Процесс запуска программной системы

Процесс запуска для программной системы рассматриваемого 3D-принтера показан картинкой «A)», тогда как система обратной связи сервопривода, адаптированной к программному управлению, показана картинкой «B)» на графическом дополнении, представленном ниже.

Процесс запуска «A)»: 1А – проект архитектурной проходки; 2А – послойная нарезка и оптимизация пути; 3А – загрузка файла в систему контроля; 4А – запуск 3D печати и обратная связь в реальном времени; К – команды; Д – данные. Обратная связь «B)»: 1В – компьютерный мониторинг; 2В – серво система; 3В – сервомотор; М – мониторинг и контроль

Характеристики этой программной системы следующие:

  1. Обратная связь в режиме реального времени с информацией о координатах устраняет явление отключения, вызванное частым высокоскоростным пуском и остановом двигателя, помогает всей системе работать точно.
  2. Данные обратной связи отображают такие параметры, как нагрузка двигателя, температура двигателя и скорость печати. Как только происходит перегрузка двигателя, увеличивается температура, проявляется фактор короткого замыкания, печать немедленно прекращается. Источник питания отключается для обеспечения безопасности.
  3. Параметры работы строительной 3D-печати устанавливаются вручную, например, максимальная скорость работы, ускорение, скорость печатающей головки и т. д. Максимальная скорость системы находится в пределах 0,5 м / с, а оптимальный диапазон ускорения составляет 0,05 — 0,2 м /с.

Наконец, техника имеет функцию сохранения в точке останова. При возникновении непредвиденной ситуации, например, сбоя питания, сервосистемой немедленно сохраняется текущая координата.

Возможная конфигурация (дизайн) панели управления для работы с описываемой строительной установкой 3D печати бетоном. Предполагается использование цифровых электронных технологий

Соответственно, позже строительная печать продолжается в точке останова после перезапуска механики. Выше показан возможный интерфейс панели управления операционным устройством.

Строительная 3D печать — экструдируемость и технологичность

Наиболее важными свойствами для печатного бетона в свежем состоянии являются экструдируемость и технологичность. Экструдируемость относится к способности доставлять свежий бетон через бункер и насосную систему непосредственно к соплу.

Здесь бетон необходимо экструдировать в виде непрерывной нитеобразной струи. В основном этот процесс зависит от времени твердения стройматериала. Причём уже наложенные печатью бетонные слои должны формироваться с учётом минимальной деформации под весом последующих бетонных слоёв.

Кроме того, нижние слои бетона необходимо соединять с верхними слоями для создания монолитных компонентов. Следовательно, печать готовым раствором требует способности к сборке, которая относится к способности печатать определенное количество слоёв (уровень высоты). Возможность сборки также зависит от времени твердения и пропорций бетонной смеси.

Оптимизации диапазона работоспособности бетонной смеси

В этом примере строительства, 3D принтер использовался для оптимизации диапазона работоспособности бетона, готового к экструдированию. Известно, что чрезмерно высокая осадка отрицательно влияет на деформацию бетона после экструзии. Слишком низкая осадка может вызывать непрерывный поток бетона.

Такой поток влияет на способность к сборке и упрочнённые свойства бетона. Соответственно, после серии испытаний строительного 3D принтера отметилась рекомендация на усадку — 110 мм, как наиболее подходящая в данном случае.

После нескольких испытаний соотношение компонентов бетона для строительной 3D печати оптимизировали согласно таблице ниже. Для бетона использовался цемент PO 42,5. Используемый мелкозернистый заполнитель представлял собой песок с модулем крупности 2,8, крупнозернистый заполнитель имел размер частиц 5-15 мм, а в качестве примеси использовалась летучая зола.

Таблица: Соотношение компонентов под строительную 3D печать готовой бетонной смесью

Расчётная прочностьЦементПесокЗаполнительВодаДополнения
С2013,203,620,660,024
С2512,983,400,600,032

Количество ускорителя составляло около 3–5% от общего количества цемента в бетоне. Печатный бетон удалось настроить на первоначальном этапе примерно за 5–10 минут. Созданный оптимизированный материал для строительной 3D печати в полной мере обеспечивает непрерывный процесс.

Таблица: Сравнение конкретных испытаний прочности на сжатие

ОбразецПрочность бетона, МПаРазмерность, ммПрочность на сжатие, МПаОтклонение от стандарта, МПа
Напечатанный20150х150х15019,10,25
Обычный20150х150х15023,80,16
Напечатанный25150х150х15024,10,30
Обычный25150х150х15028,80,17

Заключительный штрих

Благодаря упомянутым выше технологиям, оборудованию и материалам для строительной 3D печати, внедрение новой методики строительства коммерческим товарным бетоном уже не за горами. Это момент подтвердили строители Китая, которыми строительный 3D принтер рассмотренной конструкции успешно применялся на практике сооружения электрической подстанции. Как результат, за короткий срок удалось выстроить основу здания длиной 12,1 м, шириной 4,6 м, общей высотой 4,6 м. Часть сооружения, находящаяся под землёй, заглублена на 0,5 м, внешняя остаточная часть имеет высоту — 4,1 м.

Cухая строительная смесь для аддитивной технологии (3d-печати)

Cухая строительная смесь для аддитивной технологии (3d-печати): постановка задачи

С.А. Удодов

Человечество в своем развитии уверенно входит в шестой технологический уклад, важной составной частью которого станут аддитивные технологии, т.е. создание пространственных объектов послойным добавлением материала. Технология создания трехмерных объектов при помощи наращивания материала начинает активно развиваться с восьмидесятых годов прошлого века, и на начальном этапе носит название «быстрое прототипирование».

Родоначальником отрасли считается Чарлз Халл, основатель компании 3D Systems, который еще в 1986 г. собрал первый стереолитографический 3D-принтер. Это дало толчок развитию «аддитивного производства» — процесса создания объекта в трехмерном измерении на основе цифровой многомерной модели.

Аддитивные технологии

Аддитивные технологии (АМ – Additive Manufakturing) достаточно длительный период развивались медленно и настоящий прорыв отмечают примерно с 2010 г. АМ-технологии нашли применение во многих отраслях: машиностроении, биотехнологии, медицине, энергетическом комплексе, геоинформационных системах, оборонно-промышленный комплекс, промышленности, строительстве и т.д. За последние 5 лет динамика роста АМ-технологий составляет 27%. Мировой рынок их в 2013 г. составил порядка $3,8 млрд. Первое место в этой области принадлежит США, затем идут Япония, Германия, Китай и т.д.

Россия по объемам внедрения этой технлогии делит с Турцией 11 место в мире. К сожалению, на государственном уровне пока нет четкого понимания необходимости поддержки и развития АМ-технологий. Тем не менее, отдельные российские ученые, исследователи, инициативные группы и отдельные чиновники уже говорят о необходимости более пристального внимания к данной сфере. Так, зампредседателя правительства РФ Д.О. Рогозин отметил, что аддитивые технологии — это одна из сфер, где Россия имеет шансы идти, никого не догоняя.

Преимущества аддитивных технологий

Благодаря универсальности принципов аддитивных технологий они уверенно вошли и в строительную отрасль. Это не удивительно, поскольку внедрение данной технологии в строительстве дает ряд преимуществ:

  • минимальная численность обслуживающего персонала, как следствие – пониженная травмоопасность при строительстве;
  • количество отходов минимально — снижается нагрузка на окружающую среду, повышается экология строительства;
  • повышается архитектурная выразительность конструкций, понятие трудоемкости выполнения отдельных элементов становится неактуальным;
  • объемная конструкция имеет повышенную монолитность за счет непрерывного нанесения слоя за слоем;
  • высокая скорость возведения конструкций (китайской компанией WinSun возведено с помощью 3D-принтера 10 одноэтажных домов каждый площадью 200 м2 за сутки).
Читайте также:  Выбираем ламинат для кухни: советы по уходу и эксплуатации, реальные отзывы и фото примеры

Для успешного применения АМ-технологии в строительстве необходимо применять последние достижения в трех основных областях: информационные технологии (программное обеспечение процесса), машиностроение и автоматизация (конструкция, узлы и агрегаты самого 3D-принтера) и материаловедческая (рецептура и свойства материала, в данном случае – бетона, из которого будет возведен будущий объект).

На сегодняшний день многие вопросы в первых двух областях уже решены благодаря тому, что они являются общими для всех 3D-принтеров, в какой бы области он ни применялся. Учитывая почти тридцатилетнюю историю развития АМ-технологий в этой части многие вопросы уже решены.

Применение 3D-принтера для возведения реальных зданий и сооружений

Иная картина открывается, когда речь заходит о применении 3D-принтера для возведения реальных зданий и сооружений и необходимости применения таких специальных мелкозернистых бетонов, которые бы обеспечивали безопасность эксплуатации зданий, их прочность и долговечность.

В части рецептурного обеспечения аддитивной технологии в строительстве на сегодняшний день наблюдается серьезный пробел. При ближайшем рассмотрении вопрос создания мелкозернистых бетонов, которые бы отвечали всем строгим требованиям, оказывается не простым.

Именно поэтому в рамках Международного союза лабораторий и экспертов в области испытаний строительных материалов, систем и конструкций RILEM функционировал отдельный технический комитет, объединяющий два десятка специалистов из разных стран мира, занимающийся вопросами разработки рецептуры и исследования свойств бетонов для 3D-технологии.

Необходимость серьезных исследований в области материаловедения

Необходимость серьезных исследований в области материаловедения подтверждается мнением ряда авторов. В нашей стране вопросами разработки состава бетона для аддитивной технологии в строительстве занимаются исследователи, ученые, а также отдельные специалисты и энтузиасты.

Так, вопросами оптимизации составов высокопрочных мелкозернистых бетонов, в том числе, для 3D-бетонирования, занимается профессор Пензенского государственного университета архитектуры и строительства Калашников В.И. Ряд инициативных групп и компаний, работающих в области 3D-печати в строительстве, предлагают собственные рецептуры.

Необходим комплексный подход к разработке рецептуры мелкозернистого бетона на научной основе

Тем не менее, в большинстве случаев операторы 3D-принтеров пытаются использовать существующие сухие строительные смеси. Эти смеси могут иметь различное первоначальное назначение – от клеевых составов до штукатурок, но совершенно очевидно, что они не обеспечат весь комплекс требуемых свойств ввиду иного назначения. Для широкого и уверенного внедрения технологии в практику строительства необходим комплексный подход к разработке рецептуры мелкозернистого бетона на научной основе.

Для разработки состава сухой строительной смеси для строительного 3D-принтера и уточнения задачи исследования необходимо определиться с требованиями, которые должны предъявляться такому бетону как на стадии смеси, так и в затвердевшем состоянии. При этом можно условно выделить типовые требования и требования, обусловленные особенностями технологии (табл. 1).

3D-Печать бетоном в строительстве. Ситуация в России и в мире.

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.

В данной статье рассматривается актуальная ситуация применения технологии 3D-печати бетоном в Китае, США, Италии и Франции. Также проведён опрос российских и украинских организаций, которые используют данную технологию , и их потенциальных потребителей.

3D-печать бетоном представляет собой создание единичных и мелкосерийный бетонных и железобетонных изделий при помощи специализированных ЧПУ-станков (3D-принтеров) на основе файлов созданных в специализированных САПР программах. Создание изделия представляет послойное наслоение бетонной смеси и раскладку элементов армирования.

3D-печать бетоном и обладает рядом преимуществ для строительной отрасли, таких как высокая скорость создания единичного уникального изделия, малое количество персонала необходимое для работы, снижение себестоимости дома и возможность использования любого состава бетона. Однако, малое количество специализированных организаций, недостаточное количество информации о применении технологии, а также отсутствие доверия крупных строительных компаний из-за отсутствия уверенности в прохождении государственной экспертизы не позволяют использовать эту технологию повсеместно.

Во многих странах есть производители 3D-принтеров для печати бетонной смесью. Как и за любой бизнес-идеей , за ними стоят анализ потребностей потенциального потребителя. Иначе говоря, особенность продукта выражает то, по мнению разработчика , что нужно именно этой стране. Рассмотрим некоторые из них:

Китай. WinSun .Экологичность.

Являясь одними из лидеров отрасли, компания ушла от создания всё более и более масштабных принтеров в строну развития технологии и её продвижения. Так при участии в конференциях специально выделяется возможность печати зданий принтерами WinSun, используя смесь из строительных отходов (стекло, сталь, цемент) .

США. Stroybot. Инвестиционно-строительные проекты

Несколько лет назад компания уже построила отель в Филиппинах. И сейчас Александр Руденко сделал интересный ход : вместо фокусировки на увеличении количества продаж, он начал поиск инвесторов для строительства ряда объектов. Так в планах построить несколько жилых домов для аналога Airbnb.

Италия. Wasp. Комбинирование.

До недавнего времени компания Wasp была больше известна как компания производящие принтеры для печати керамикой , пластиком или медицинских целей. Однако, в 2018 году организация представила на рынок их принтер Crane WASP. Как и принтер компании Apis Cor, он работает в виде крана, но особенность строения позволяет, как заявляют разработчики, совместно работать нескольким принтерам.

Франция. Constructions 3D. Печать стены

Среди конкурентов данную фирму выделяет необычная насадка принтера, которая имеет сразу 3 экструдера. В теории эта разработка позволяет уменьшить время печати стены в 3 раза. Однако стоит отметить, что кроме концепта , нигде эта насадка не установлена.

Ситуация в СНГ и России.

В России находятся 3 компании, занимающиеся производством 3D-принтеров для печати бетоном. СпецАвиа это классическая “рама”, которую вы представляете, при слове 3D-принтер . Apis Cor это по конструкции выглядит как кран с бетононасосом .Бетонатор выполнен как “рука-манипулятор”. Но описание принтеров и их потребительских свойств не является целью данной статьи.

Важнее обратить внимание на организации, которые применяют данную технологию. О тех проблемах, с которыми они сталкиваются при взаимодействии с клиентами, а также отзывы конечных потребителей.

Для получения ответа на данный вопрос я связался с генеральным директором ООО “BudResurs” Сергеем Леушиным, одним из учредителей ООО “3ДСТ” Александром Лобановым , техническим директором ООО ‘НИИПРИИ ‘Севзапинжтехнология’ Сергеем Фоминым и архитектором ООО “БалтИнвест-Проект” Максимом Бежковым .

ООО “Budresurs”

Данная организация применяет технологию 3D-печати бетоном для изготовления уникальных бетонных заборов и элементов благоустройства территории.

Со слов Сергея Леушина на начальном этапе были сложности с определением продукта, который пользовался бы спросом у потребителей. Проблему продвижения технологии он видит в низком уровне осведомлённости о технологии и её возможностях, вот почему пока нет продукта , который обладал бы широким спросом и производился бы с помощью технологии 3D-печати бетоном.

Основными направлениями данной организации являются создание изделий, проектирование и благоустройство территории . И всё это с применением технологии 3D-печати бетоном.

При ответе на вопрос ,об основных проблемах при взаимодействии с клиентами, Александр выделил 2 основных проблемы. Во-первых, это отсутствие нормативной базы, во-вторых, нежелание больших компаний работать с новой технологией до момента её широкого распространения.

ООО “БалтИнвест-Проект”

Компания «БалтИнвест-Проект» занимается проектированием жилых, общественных и промышленных зданий, инженерных сетей, предприятий общественного питания, бытовых комплексов, предприятий торговли, мясокомбинатов, пивоваренных заводов, физкультурно-оздоровительных, спортивных и многофункциональных комплексов зданий и сооружений.

Максим отметил, что применение 3D-печати бетоном даёт более широкий спектр возможностей для создания уникальных элементов или даже самих зданий. Также возможно применение технологии для воссоздания элементов зданий, например лепнины. Однако, муниципальные и бюджетные организации , если будут выступать заказчиками, скорее всего будут против из за своей консервативности.

ООО ‘НИИПРИИ ‘Севзапинжтехнология’

Основные направления деятельности — проектирование автомобильных и городских дорог всех категорий, мостов, транспортных развязок и путепроводов, инженерных сетей, проекты планировки, благоустройства и озеленения территорий. Основными клиентами является бюджетный сектор.

Со слов Сергея на данный момент 3D-печать бетоном можно применять только для создания малых архитектурных форм для благоустройства территорий частного сектора. Причина в том, что строительная индустрия РФ не сформировала отношение к технологии. Другими словами , никто не готов быть первым, кто будет защищать проект на ГосЭкспертизе, где будут элементы , напечатанные на принтере.

В 2018 году государство обратило внимание на 3D-печать бетоном. Так на базе Новосибирского и Ярославского государственного технического университета планируют создать 2 разных российский центр аддитивных технологий, а также центр компетенции по аддитивным технологиям в Перми. Своими целями они ставят внесение оборудования в реестры закупок , повышения уровня осведомлённости о технологии и развитие аддитивных производств.

Если ссылаться на кривую Гантера , то в России 3D-печать бетоном только прошла “пропасть разочарования”, но до массового внедрения необходимо решить следующие проблемы:

1.Создать нормативную базу.

2.Доказать крупным строительным компаниям эффективность технологии.

3.Обучить специалистов (архитекторов, конструкторов , технологов и пр.) как использовать 3D-печать бетоном.

Как только данные проблемы будут решены, технология будет массово использоваться менее чем через 3 года.

Каждая технология проходит одинаковый путь развития, но не всё находит своё применение. Так технология 3D-печати уже используется в медицине. От качества бетонных конструкций в здании жизнь зависит не меньше, чем от протеза. Однако, и в медицине , и в строительстве, успеха достигает та организация, которая внедряет новейшие достижения. Дома будут “печатать”, но прежде чем это произойдёт, строительная отрасль должна к этому подготовиться.

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.

Строительный 3d принтер – советы самоделкиным

Что такое строительный 3d принтер

В последнее время в средствах массовой информации все чаще можно встретить сведения о новых устройствах: 3d принтер и строительный 3d принтер. На небольших принтерах, стоимость которых начинается от 13 т.р., можно распечатать (изготовить) пластмассовое изделие размером 150/150/80 мм. При изготовлении изделия размером 200/200/180 мм потребуется принтер стоимостью уже 30 т.р.

Конечно было бы очень интересно на нем поработать и распечатать несколько декоративных фигурок для сада. Но их стоимость (даже уникальных) будет не сопоставима с теми, которые есть в продаже, причем значительно большими по размеру. В связи с высокой стоимостью такие принтеры сегодня у широких масс не пользуются большим спросом.

В основном их покупают и используют небольшие фирмы, изготавливающие на заказ пластмассовые детали или макеты.

Для работ в саду и изготовления малых архитектурных форм интереснее было применить строительный 3d принтер, у которого в качестве чернил используется пластичная бетонная смесь.

Стоимость строительного 3d принтера

Такие принтеры изготавливаются во многих странах, в том числе и у нас. Продажу проводит фирма СПЕЦАВИА. Это оборудование стоит значительно дороже тех, что используют в качестве расходного материала пластмассу. Так самый небольшой строительный 3d принтер S-4063, подходящий для изготовления малых архитектурных форм площадью до 18 м2, стоит 8,5 т.$. Два других, используемых для строительства жилых домов S-6045 (до 120 м2) и S-1160 (до 280 м2) стоят соответственно 21 и 30 т.$.

Конечно для любителей и самоделкиных такой инструмент очень бы пригодился, но цены не подъемные и об этом пока можно только мечтать. Рынок 3d принтеров развивается очень быстро и будем надеяться, что в скором времени в продаже появится и небольшой более-менее недорогой строительный 3d принтер.

Для примера приведу несколько фотографий маленького замка, который построил Андрей Руденко, используя строительный 3d принтер. При строительстве он использовал готовую цементную смесь, марка которой указана на упаковке.

Цементные смеси для строительного 3d принтера

Во многих странах, в том числе и у нас, разработаны и продаются аналогичные смеси. Обычно они запатентованы и имеют свои торговые названия. Так, например, в Нидерландах она называется CyBe MORTAR. Бетонная смесь застывает в течение нескольких минут. Материал экологически чистый и полностью подлежит вторичной переработке.

А нашим самоделкиным остается пока одно – подумать, как можно научиться применить для своих садовых работ по изготовлению декора, используя принцип работы 3d принтера с бетонными чернилами.

Как видно из предыдущих фотографий строительный объект создается слой за слоем и движение 3d принтера напоминает движение клеевого пистолета при выдавливании на поверхность клея или герметика.

Нагревание бетонной смеси в 3d принтере

Такой способ называется экструдивным. Небольшой 3d принтер, который использует пластик, имеет в своей головке еще и нагреватель. Он размягчает (расплавляет) твердый пластиковый стержень, подаваемый на печатающую головку принтера. Далее на поверхности изготавливаемой детали он прилипает к предыдущему слою и застывает. И так слой за слоем.

Нагревание можно использовать и при выдавливании бетонной смеси или нагревать током выдавленный бетон, в состав которого входит токопроводящий графитовый порошок. Это позволяет сократить время застывания (схватывания), но при этом снижаются характеристики прочности бетона. При температуре ниже 10 гр.С увеличивается время схватывания и стекание смеси с поверхности.

Но обычно используют добавки, ускоряющие твердение бетона. В продаже их огромное количество, но надо выбирать те, которые используются для торкрет-бетона. Это позволит избежать стекание нанесенного слоя, так как застывание бетона происходит за несколько минут. Качественные и безопасные ускорители твердения получают на основе бесщелочных неорганических соединений – сульфатов и гидроксидов алюминия.

Читайте также:  Глиняная черепица: облики, свойства, критерии постройки + обзор наилучших брендов

Из импортных можно назвать такие, как MEYCOSA, Delvo Grete (BASF), Sigunit (Sika), Mapequick (Mapei), MCBauchemie,

из отечественных – Реламикс Торкрет (Полипласт), Центрамент Рапид 640 и 650 (Эм-Си Баухеми), Т-Хим (Химмодификатор). Диапазон использования добавки – 2-8% от веса цемента.

Также можно вместо обычного портландцемента применить глиноземистый цемент, который даже без добавок значительно быстрее застывает и позволяет получить более прочную конструкцию. При этом он значительно дороже: 1 кг стоит от 20 до 35 руб.

Про ускорители твердения бетона уже упоминалось в статьях по изготовлению ваз для цветов и фонтана (см. тут и тут). Но при этом такая высокая скорость застывания бетона была не нужна, поэтому и использовался обычный недорогой ускоритель.

Как уменьшить оплывание цементной смеси

Несомненно строительный 3d принтер предназначен для того, чтобы увеличить производительность работы, которая будет зависеть от скорости его печати, которая в свою очередь будет зависеть от скорости застывания бетона. Но нельзя бесконечно усиливать действие добавки-ускорителя, так как возникает опасность ухудшения качества изделия.

Для уменьшения оплывания можно уменьшить вес бетонной массы, вводя в смесь диатомитовые шарики, используя вместо кварцевого горный песок или молотый керамзит. Также можно уменьшить толщину наносимого слоя.

Для увеличения прочности бетона (как при изготовлении ваз) желательно использовать золу и произвести армирование смеси введением полиэфирной фибры, базальтового или стекловолокна. Для уменьшения потерь водной составляющей (поскольку изделие не изолируется от окружающей среды) необходимо в состав смеси вводить эфиры целлюлозы.

Подводя итог, можно сказать, что практически все эти ингредиенты использовались как входящие в состав пластичного бетона при лепке ваз в предыдущих работах.

Для самоделкиных будет наверное интересно попробовать другой способ, имитирующий работу 3d принтера. Это выдавливание бетонной смеси с помощью клеевого пистолета. Скорость и массовость здесь не нужна. Использовать формы и арматуру – это одно, а обойтись без них – совсем другое дело. Этот метод надо будет обязательно проверить в новых работах и рассказать, что из этого получилось.

3D-печать в строительстве: прочный и комфортный дом возводится с нуля за неделю

На 3D-принтерах сегодня можно печатать как жилые, так и нежилые постройки. Речь идет не только о миниатюрных летних домиках, но и о многоэтажных конструкциях, пригодных для круглогодичного проживания. Их изготавливают на основе бетона, поэтому по своим техническим характеристикам они почти идентичны стандартному жилью. С помощью 3D можно создавать здания необычной формы и конфигурации, воплощать в жизнь самые авангардные дизайнерские решения. Это намного проще и дешевле, чем пытаться реализовать ту же задумку по традиционной строительной технологии.

Основные перспективы 3D-печати в строительстве относятся к двум направлениям. Первое — это экономически рациональное создание уникальных построек по авторским проектам. Второе — это обеспечение малоимущих слоев населения долговечным, экологичным, удобным жильем с минимальными финансовыми вложениями. К сожалению, развитию обоих этих направлений сегодня препятствует отсутствие законодательной базы для 3D-строительства. В отсутствие единых для всей отрасли стандартов и нормативов эта технология не может стать по-настоящему массовой. В этой статье будет дан обзор уже реализованных проектов 3D-строительства, описаны нюансы строительных смесей и принтеров, а также перечислены объективные плюсы и минусы данной технологии.

Технологии строительных 3D-принтеров

Строительные 3D-принтеры оснащены экструдерами, из которых выдавливается бетон и укладывается послойно, формируя внешние и внутренние стены будущего здания. Чертеж здания предварительно разрабатывается в виде трехмерной модели в компьютерной CAD-программе. Чтобы придать бетону необходимую жидкую консистенцию, его смешивают с водой и добавками. Полученную смесь под давлением подают в шланг, подсоединенный к головке принтера. Из головки материал поступает на предыдущие напечатанные слои или непосредственно на строительную площадку.

Если сравнивать с обычным строительным бетоном, материал для 3D-строительства по своим характеристикам будет больше всего напоминает марку М50. Чтобы придать ему дополнительную прочность, стены постройки армируют. С этой целью в раствор добавляют фиброволокно либо укладывают в стены стекловолоконную арматуру.

ВНИМАНИЕ : Стены готовой постройки не будут идеально гладкими. Живым строителям придется выровнять их, оштукатурить, выполнить облицовку.

3D-печать не слишком удобна для создания длинноразмерных конструкций. В отсутствие законодательства, которое регламентировало бы ее применение для поточной застройки, эта технология будет использоваться в первую очередь для создания:

  • беседок;
  • ландшафтных построек;
  • клумб и скамеек;
  • небольших мостов;
  • дачных домиков;
  • детских городков;
  • гаражей;
  • построек хозяйственного предназначения.

Этого уровень среднего и малого 3D-предпринимательства, но не крупных городских застройщиков.

ВНИМАНИЕ : Площадка для 3D-строительства должна быть безупречно ровной. Это требуется и для укладки направляющих рельсов, и для обеспечения их последующей параллельности.

Типы строительных 3D-принтеров

XYZ-принтеры

Такие устройства известны также под названием портальных. Это рамы, по осям XY у которых перемещается печатная головка. Чтобы подвесить головку к раме, задействуют порталы (обычно их три). Для перемещения порталов используют высокоточные шаговые двигатели.

Используют XYZ-принтеры тремя способами:

  1. Если постройка компактная, ее можно распечатать целиком.
  2. Если постройка большая, принтер поставят в цех, и он будет печатать компоненты постройки по отдельности.
  3. Если поместить принтер внутрь возводимой постройки, он сможет распечатать для нее внутренние стены.

Дельта

Дельта-принтеры способны создавать более изощренные объекты, если сравнивать с XYZ-устройствами. Они не привязаны к трехмерным направляющим. Их печатающие головки висят на тонких рычагах, закрепленных за вертикальные направляющие.

Роботы

Принтеры этой разновидности представляют собой роботов-манипуляторов промышленного типа. Они оснащены экструдерами, управляет ими компьютер.

D-Shape

Аппараты D-Shape выделены в отдельную категорию по объективной причине: их филамент представляет собой не раствор, а сухой порошковый материал. Филамент укладывается послойно с желаемой толщиной и уплотняется, потом его пропитывают связующей субстанцией из сопла принтера. Затем с готового элемента снимают излишнее сырье.

Строительные смеси

3D-печать в строительстве производится на основе бетона. При прохождении материала через экструдер могут возникать трудности, поэтому консистенция бетона должна быть такой, чтобы он не растекался и ложился равномерными слоями. Материал должен быстро схватываться, чтобы сохранять форму — однако если процесс будет происходить на слишком высокой скорости, накладываемые слои утратят химическую активность и не сформируют в месте соприкосновения единую структуру. Кроме того, если бетон начнет схватываться чересчур быстро, он забьет сопло, и принтер выйдет из строя. Прочность бетона повышается за счет добавления пластифицирующих веществ. Благодаря им смесь становится более подвижной, водоцементное отношение уменьшается.

ВНИМАНИЕ : Для 3D-печати применяют не тот же самый бетон, что для традиционного строительства. В 3D нужны мелкозернистые смеси, которые каждое предприятие изготавливает по собственной рецептуре. При составлении рецептуры учитывается специфика целевых объектов, а также нюансы конструкции принтера и его сопла.

Примеры домов, напечатанных на строительном 3D-принтере

Дома, распечатанные по 3D-технологии, уже возведены во многих странах мира: России, Китае, США, ОАЭ. Вот несколько наиболее ярких тому примеров.

АМТ «Спецавиа»

Это ярославское предприятие сначала специализировалось на производстве ЧПУ-станков, а теперь переориентировалось на разработку строительных 3D-принтеров. Визитной карточкой этой компании стала постройка для охранников Екатеринбургского цементного завода, стилизованная под замок Винтерфелл из «Игры престолов». Первый объект недвижимости площадью 165 кв. м АМТ распечатали в 2015 году: часть конструкции создавалась на площадке, а часть поставлялась с завода в разобранном состоянии.

Apis Cor

Иркутское предприятие Apis Cor пользуется любопытной технологией: печатная головка размещена на телескопической штанге, которая регулируется по высоте и размещается на поворотной платформе. Такая установка печатает из гипсовой смеси стены вокруг себя. После завершения работ принтер легко транспортировать на новую строительную площадку с помощью обычного подъемного крана. В 2019 году компания возвела в Дубае дом площадью 640 кв. м, для чего потребовалось 500 часов работы принтера. В Ступино аналогичная постройка была возведена для демонстрационных целей, не для проживания.

Winsun

Китайская компания Winsun присутствует на рынке с 2003 года и успела за это время зарегистрировать 225 национальных патентов. Прагматичная цель ее такова: обеспечить доступным жильем малоимущие слои населения, вдвое сократить строительные издержки и за счет применения экологичных материалов добиться того, чтобы в китайских городах не стояла дымка смога.

В 2014 году Winsun сделали амбициозное заявление о том, что готовы напечатать 10 жилых домов за 10 суток. В итоге они действительно возвели 10 домов площадью 200 кв. м и стоимостью всего $4 800 каждый. Конфигурация у домиков была самая примитивная, но в них можно было заселяться.

В 2015 году в промышленном парке в Сучжоу Winsun реализовали более сложные 3D-проекты: уютный особняк площадью 1 100 кв. м и пятиэтажный жилой дом. Габариты принтера, который использовался для этих работ, составили 6 × 10 × 40 м. Блоки печатались по отдельности, а затем монтировались в цельную конструкцию. Для производства строительной смеси задействовали строительные и промышленные отходы, стеклопластик, песок, цемент и специализированный отвердитель. И стройматериалов, и времени потребовалось в 3 раза меньше, чем на возведение построек по традиционной технологии, а состав строительной бригады уменьшился в 5 раз.

CyBe Construction

В 2019 году к этой голландской компании обратились клиенты из ОАЭ. Они хотели бы, чтобы к 2025 году 25 % всех новых зданий в Дубае возводились по 3D-технологии. Первое в мире офисное здание, построенное в 3D, находится именно в Дубае. CyBe Construction пригласили продемонстрировать свои возможности в парке SRTI — исследовательском центре, специализирующемся на водных технологиях, возобновляемых источниках энергии, экологических технологиях, цифровизации, промышленном дизайне 4.0, мобильности и умных городах. Строительный 3D-принтер CyBe Construction работает со скоростью до 600 мм/с и создает все несущие конструкции для здания менее чем за час. Он может выполнять опалубку, стены, канализационные ямы, полы.

D-Shape

Как уже упоминалось выше, печатная технология D-Shape несколько отличается от остальных. Она задействует метод стереолитографии, а в качестве филамента выступает песок с неорганическим связующим составом. По своему внешнему виду такой материал напоминает мрамор, а по прочности и долговечности превосходит и железобетон, и каменную кладку. Для полного высыхания смеси достаточно лишь 24 часов. Уже в 2012 году компания заявляла о готовности распечатывать двухэтажные здания с внутрикомнатными стенами, лестницами, трубопроводами, сводчатой крышей, колоннами и прочими элементами. Приоритетом развития D-Shape считают создание домов нестандартной формы, которым не страшны ураганы, землетрясения и прочие стихийные бедствия.

BatiPrint

В 2017 году на Неделе дизайна в Нанте (Франция) компания BatiPrint распечатала жилой дом под названием Yhnova House. Этот социальный проект был разработан учеными из Нантского университета. Сначала его открыли для просмотра и посещений, а затем в дом заселились люди. Площадь Yhnova House составляет 95 кв. м, в нем 5 комнат. Постройка является энергоэффективной, поэтому счета за услуги ЖКХ у ее обитателей ниже, чем у жителей обычных домов. BatiPrint задействовали для печати руку робота, направляемую лазером. Процесс строительства не зависел от капризов погоды, для постройки не потребовалось возводить леса. Создатели проекта особенно акцентировали внимание на том, что отходов и вреда для экологии от него было намного меньше, чем при традиционном строительстве.

Итальянцы WASP в сотрудничестве с архитекторами из Mario Cucinella Architects возвели в Болонье необычные жилые дома легко узнаваемой скругленной формы. Этот проект получил название Tecla. Для строительства домов задействовали вторсырье и XYZ-принтер под названием Crane. Ранее компания распечатала дом GAIA, созданный в буквальном смысле из сырой земли. Строители руководствуются принципом «нулевого километра» — им важно, чтобы стройматериалы были местного происхождения, и их не приходилось бы везти из других регионов или стран.

Само название бренда WASP переводится как «оса». Его команда черпает вдохновение у природы и стремится в первую очередь к экологичности и энергоэффективности. Компания ставит своей задачей возведение не отдельных построек, а экопоселков, призванных решить проблему перенаселения планеты и дефицита традиционных ресурсов. В основу планировки таких поселков положены пчелиные соты. Несмотря на то что постройки от WASP внешне напоминают летние домики, они рассчитаны на круглогодичную эксплуатацию.

Contour Crafting

Американская компания Contour Crafting обладает более чем 100 патентами и рассматривает скорость строительства как основной приоритет. На строительство одного дома она планирует тратить менее недели, а заселяться туда можно через 2–5 дней после завершения строительства. 3D-принтер от Contour Crafting весит всего 360 кг, а стандартный радиус его действия составляет 12 м и допускает возможность увеличения. По заявлению представителей компании, их технология более перспективна, чем та, что используют в Winsun. Китайцы сочетают 3D-технологии с традиционным подходом, а Contour Crafting стремится полностью автоматизировать процесс, тем самым максимально ускорив и удешевив его. Дом не придется собирать по частям: принтер послойно возведет его из цемента прямо на строительной площадке.

Плюсы и минусы

Темпы развития 3D-технологий позволяют предположить, что недостатки, с которыми строителям пока приходится мириться, будут преодолены в самом ближайшем времени.

Плюсы

  • Постройку с оригинальным дизайном гораздо проще и дешевле напечатать в 3D, чем выстроить по традиционным технологиям.
  • 3D-печать позволяет воплотить в жизнь практически любые фантазии архитекторов и дизайнеров.
  • Процесс печати происходит быстро и точно. Принтер безошибочно переносит все детали проекта в материальную реальность. Если что-то пошло не так — значит, в проекте была ошибка либо попался некачественный филамент.
  • Потребность в человеческом труде практически отпадает.
  • От строительства остается меньше мусора и отходов. Все компоненты распечатываются точно в нужном количестве под конкретный проект. Если какие-то компоненты по непредвиденным причинам остались неиспользованными, их можно утилизировать (то есть изготовить из них новый филамент).
  • Строительный процесс создает ощутимо меньше рисков и угроз как для людей, так и для окружающей среды.
Читайте также:  Антискользящее покрытие для крыльца

Минусы

  • Живые строители, производители традиционных строительных материалов, предприятия по аренде строительной техники остаются без работы.
  • Тем живым работникам, которые все-таки будут задействованы в процессе, придется срочно получать новые навыки и повышать квалификацию.
  • Сегодня многие принтеры способны печатать только на одном типе филамента.
  • Выбор строительных филаментов ограничен.
  • С хранением и транспортировкой принтеров с одной строительной площадки на другую могут возникать проблемы.
  • Разработку моделей для печати зданий можно доверять только экспертам, которых пока крайне мало. Недостаток знаний или опыта может привести к обрушению конструкции и прочим малоприятным последствиям.
  • Сборка готовых компонентов на месте в ряде случаев может оказаться такой же длительной, как и строительство по традиционной технологии.
  • Современное законодательство недостаточно совершенно для того, чтобы поставить 3D-строительство на поток.

3D-технологии уже сейчас позволяют строить комфортные жилые дома для круглогодичного проживания. Это могут быть как компактные домики с минимальной площадью и стоимостью, так и просторные особняки и пятиэтажные многоквартирные дома. С технологической точки зрения эти объекты такие же прочные и долговечные, как их аналоги, возведенные по традиционным технологиям.

Более того, они более экологичны и энергоэффективны, а затраты на их производство существенно ниже (и по расходу материалов, и по затраченному времени и труду). Однако на поток 3D-строительство пока что не может быть поставлено ввиду отсутствия соответствующего законодательства.

Сегодня строительство в 3D вынуждено ограничиваться локальными проектами от малого и среднего бизнеса. В перспективе эта технология поможет решить проблему перенаселения планеты, нехватки социального жилья и доступных ресурсов. Кроме того, 3D-печать позволяет воплотить в жизнь практически любые фантазии архитекторов и дизайнеров.

  • 25 мая 2020
  • 903

Смеси, материалы

Состав смеси может быть любым. Принтер печатает любыми пескобетонами, если используете смесь М300 – соответственно характеристики будут заявленным.

Наши принтеры могут печатать обычным пескобетоном от 1700 руб. за тонну. Есть в каждом регионе.

Подходящие для ваших условий материалы нужно закладывать при проектировании. В полости можно заливать и закладывать перед заливкой различные материалы. Расчет точки росы производится при проектировании.

Принтер печатает стандартным пескобетоном М300 на основе ПЦ400-500 (большинство так и делает), т.е. тем, что есть в свободной продаже на любом строительном рынке от 1700 руб/тонна.

Если используете смесь М300 – соответственно характеристики будут заявленным.

В инструкции по эксплуатации есть технологические регламенты на смеси, по которым приготовить необходимый бетон для печати не составит труда. При покупке оборудования мы учим готовить смесь самостоятельно. Другой вариант: покупать уже готовые смеси у наших партнеров-производителей. Рекомендуем просмотреть статью 3Д смеси и практические рекомендации по печати.

Характеристики раствора зависят от рецептуры смеси. Соответственно готовая смесь М300 даст характеристики, заявленные для этого бетона. В инструкции по эксплуатации есть технологические регламенты на смеси, по которым приготовить необходимый бетон для печати не составит труда. При покупке оборудования мы учим готовить смесь самостоятельно. Другой вариант: покупать уже готовые смеси у наших партнеров-производителей. Рекомендуем посмотреть наше видео по смесям https://youtu.be/0V3H1s1KNU4

Можно использовать любые нерудные материалы с фракцией до 2,5 мм.

Наши принтеры могут печатать стандартным пескобетоном М300 на основе ПЦ400-500. Большинство покупателей оборудования так и делает. Можно добавлять пластификаторы, какие есть в продаже в вашем регионе. Добавка полиэфирной и стеклянной фибры дает некоторое увеличение прочности и обеспечивает трещиностойкость длинных деталей. Именно так и поступили датчане догнав прочность на сжатие до 350 единиц.

Принтеры печатают стандартными составами на основе цемента серии 400-500, т.е. тем, что есть в свободной продаже практически повсеместно. Соответственно сертификаты нужно спрашивать у продавцов (поставщиков). Так же можно применять смеси с минеральными добавками и фиброволокном (они так же производятся серийно, все необходимые документы имеются). В инструкции по эксплуатации есть технологические регламенты на смеси, по которым приготовить необходимый бетон для печати не составит труда.

Протоколы испытаний есть. В них указано, что характеристики смесей по прочности, влагонепроницаемости и морозостойкости соответствуют заявленным производителями смесей.

Цемент, песок – до 2,5 мм, если щебень, то агломерированный, можно добавлять полиэфирную или стеклянную фибру для увеличения прочности на сжатие и обеспечения трещиностойкости, пластификаторы.

Да, строительный принтер печатает стандартными составами на основе цемента ПЦ400 – 500, т.е. тем, что можно купить практически в любом строительном магазине.

Принтер может печатать стандартными пескобетонами, т.е. тем, что есть в свободной продаже на любом строительном рынке от 1700 до 2900 руб/тонна. Т.е. В экономичном варианте готовая смесь сравнима по стоимости с обычным бетоном.

Принтер печатает стандартными пескобетонами, т.е. тем, что есть в свободной продаже на любом строительном рынке. Стоимость смеси, если готовишь сам – от 1700 руб/тонна, расфасованная в мешках готовая — от 2900 руб/тонна.. Можно применять гипс, смеси с минеральными добавками и фиброволокном (они так же производятся промышленно, все необходимые документы имеются). В инструкции по эксплуатации есть технологические регламенты на смеси, по которым приготовить необходимый бетон для печати не составит труда. Так же при покупке оборудования учим готовить рабочие смеси.

Чисто проектное решение. Принтер лишь укладывает бетон, а что потом делать со строением должны решить проектировщики (утеплять, шлифовать, красить, штукатурить). Наверное это зависит от назначения здания и региона постройки.

Принтеры печатают несъемную опалубку из любых пескобетонов, например М300. Можно добавлять фиброволокно и пластификаторы.

Состав регламентируется проектом. Назначение несъемной опалубки – выдержать заливку во внутреннюю полость стены товарного или конструкционного бетона, пенобетона. Внешние покрытия могут присутствовать — это даст увеличение влагонепроницаемости и соответственно увеличит морозостойкость.

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.

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.

Ссылка на основную публикацию