ОСНОВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 3D ПРИНТЕРА В СФЕРЕ СТРОИТЕЛЬСТВА

Аннотация: Статья включает различные методы, используемые в 3D-печати, выявляются предпосылки к созданию новой технологии, преимущества и недостатки применения такой печати в строительной отрасли, а также некоторые тематические исследования нынешних и будущих идей. В заключении обозначены выводы об упрощении рабочего процесса для архитекторов.

Ключевые слова: 3D строительство, строительство, торкретирование, архитектура.

При строительстве любых жилых зданий неизбежны процессы, связанные с затратами. Сюда входят расходы на закупку строительных материалов и оплата  за работу для рабочей силы. Но на сегодняшний день актуальна проблема воздействия на окружающую среду строительство и эксплуатация этих зданий. Такое новшество как 3D-принтер сегодня широко используется в сфере строительства, передовая технология позволяет использовать ее как для изготовления отдельных компонентов, так и целых зданий.

3D печать впервые была разработана в 1948 году Чарльзом Халлом, суть его технологии заключается в том, что происходит послойное наращивание трехмерных объектов фотополимеризующейся композиции (ФПК). Патент на своё изобретение автор получил только в 1986 году, тогда же он основал компанию 3D System и приступил к разработке первого промышленного устройства для трёхмерной печати, которое было представлено общественности год спустя, в 1987 году. Так как термин «3D-принтер» ещё не был введён в оборот, аппарат Чарльза Хала получил название «установка для стереолитографии» .

Можно выделить некоторые предпосылки применения 3D-принтера в строительстве:  Возведение монолитных блоков с помощью особой совокупности деталей, называемое опалубка. Применительно к фундаменту можно сказать, что в данном случае она дает возможность создать ту его часть, которая будет расположена над землей.  Метод бетонных работ - торкретирование - при котором бетонная смесь слоями наносится на бетонируемую поверхность под давлением сжатого воздуха. Иными словами процесс механического нанесения бетона.

В чем основное отличие 3D печати от других традиционных технологий строительства?

Для 3D строительства применяются масштабные по объёму принтеры, а в качестве краски – состав из специального бетона и композитов, который толще традиционного бетона. После застывания получаемый раствор является полноценной несущей конструкцией. Кроме того, закругленные бетонные конструкции, созданные при помощи 3D печати, могут быть пустотными, и для них требуется меньше материала.

С помощью применения трехмерной модели возникает реальный прототип за короткий промежуток времени, который дает возможность проанализировать модель, проводить различные тесты еще до того, как будет осуществлен окончательный вариант изделия.

Например, Porsche использовала прозрачную пластиковую модель трансмиссии 911 GTI для изучения тока масла в процессе ее разработки.

Разработчики подобной технологии убеждены в ее необходимости,  и рассчитывая на большое будущее,  планируют модернизировать 3D-печати. В процессе разработки находится идея замены 3-осной системы роботизированной руки на 7-осную, которая соответственно увеличит скорость печати, повысит качество уже готовой конструкции, и способна будет запечатывать большие объекты.

Группа учёных из Южно-Калифорнийского университета под руководством профессора Берока Кошневиса (Behrokh Khoshnevis) разработала другой проект, связанный с 3D-принтером. Суть их технологии является более простой, она заключается в том, что на строительную площадку устанавливается огромный 3D-принтер, к которому подключается компьютер с рабочей программой и дальше остается лишь следить за непрерывной подачей бетона, оборудование само завершит заданную программу. При таком строительстве оператор набирает команду на компьютере для формирования объекта, а рабочая бригада контролирует процесс 3D-печати, и на определенном этапе укладывает плиты перекрытия для возведения здания .

Технология 3D-печати из Южно-Калифорнийского университета, была названа Contour Crafting, возводя стены путем накладывания многочисленного слоя бетона, друг на друга, установка в процессе хода в состоянии сама добавлять проводку и сантехнику. В результате получается готовое сооружение только без окон и дверей, более того принтер может даже окрашивать стены. Таким образом, этот аппарат в состоянии выполнить 90% от всех операций при возведении сооружения.

Уникальность этой разработки в том, что 3D-принтер с системой Contour Crafting походит для возведения бюджетного жилья, но со временем подвергнувшись модификации, может быть использован и для жилья класса «Люкс», с более высокими требованиями.

Кроме того технология 3D-печати позволяет возводить здания общей площадью до 230 кв.м. в течении 20 часов .

Возможности 3D -принтеров в строительстве позволяет расширить видение традиционных форм зданий и применить при строительстве дома неправильные с изогнутыми линиями формы. Расширяя возможности креативной мысли, возможно применение уникальных элементов в конструкции, при этом без риска для строителей и всего за несколько часов создается нечто совершенное .

Незаменимость 3D печати актуальна для районов пострадавших от стихийных бедствий, где необходимо за короткое время строительство домов, а так же в бедных развивающихся странах, где крайне важно обеспечить жильем огромное количество людей.

В настоящее время концепция 3D-принтеров вызывает огромный интерес у крупных строительных компаний, они готовы активно продвигать эту технологию на практике. Без сомнений в ближайшее время использование 3D-принтеров широко и с размахом войдет в нашу жизнь как обычное явление. По самым смелым прогнозам, можно предположить, что строительство не только домов, но и небоскребов станет делом совершенно реальным.

Первое здание созданное при помощи 3D печати появилось в самом быстро растущем городе мира в Дубае (Объединенные Арабские Эмираты). Это одноэтажное офисное здание общей площадью в 250 тыс. «квадратов» находится в самом центре города недалеко от международного финансового центра Дубая. Сооружение оснащено всеми современными коммуникациями: электричество, водоснабжение, система кондиционирования, телекоммуникация .

Для этого проекта 3D принтер был разработан профессором Бероком Хошневисом из Университета Южной Калифорнии. Высота аппарата 6 м, длина 37 м и ширина 12 м. Рабочие установили рельсы вдоль контура будущего дома и конструкцию 3D принтера.

При строительстве была задействована команда из 19 человек. Один оператор следил за работой 3D принтера у компьютера, восемь собирали конструкцию из напечатанных элементов, а остальные проводили инженерные работы по коммуникации. Строительство офисного здания заняло всего 17 дней, и еще два на оформление помещения внутри.

На строительство с помощью новой технологии 3D печати заказчикам обошлось в $140 тысяч. Если сравнивать с возведением традиционным способом этого же здания, то оказывается затраты сокращаются на 50% .