Лет пять назад печать дома на 3D принтере казалась цитатой из фантастического романа. Теперь отрасль развивается и объявлен запуск проекта по строительству небольшого коттеджного посёлка на 12 домой из блоков, сделанных по аддитивной технологии.
Что такое аддитивные технологии
Что такое аддитивные технологии знают далеко не все. Это заимствованное из английского языка понятие, обозначает послойное нанесение. Аддитивная – это такая технология, при которой стены дома наращивают слоями.
Впервые понятие трёхмерная печать появилась в 80х года XX века. Уже в 1986 году появился первый 3D принтер в мире, а в 2014 году в Китае напечатали 10 домов за сутки. Первый российский строительный трёхмерный принтер был показан шесть лет назад.
Устройство строительного 3D принтера, принцип работы
Принцип работы 3D принтера почти такой же, как у обычного – через печатающую головку подаются чернила или спекается порошок, как у лазерного. Только вместо материал другой – у строительного, как правило, это раствор на основе цемента или гипса.
Самым распространённым методом печати в строительной отрасли является экструзия смеси. Однако встречается оборудование, печатающее сухим порошком, а из сопел принтера подаётся связывающая жидкость. Но эта технология пока не нашла широкого применения.
С помощью метода экструзии можно напечатать отдельные элементы, малые строительные формы, декоративные вставки, а также полностью возводить здание непосредственно на участке.
Существует четыре основных вида строительного принтера:
- портальный;
- с трёхосевой;
- крановый;
- манипулятор.
Печать осуществляется печатающей головкой, оснащённой шнековым экструдером и бункером для чернил – специальной мелкозернистой смеси, которая подаётся вручную или с помощью насоса. Устройство выдавливает раствор на участок согласно проектной документации, послойно формируя отдельные элементы или стены дома.
Портальный строительный принтер
Наиболее перспективный вид строительного 3D принтера. Конструкция похожа на козловой кран, у которого вместо крюка устройство для нанесения раствора.Поскольку во время нанесения слоёв конструкция перемещается по трём осям координат, у него есть второе название – XYZ-принтер.
Портальные принтеры могут печатать отдельные детали сооружения, различные архитектурные формы – скамейки, вазоны, урны, мосты. 3D XYZ-принтеры больших размеров могут возводить здания в несколько этажей. Главное, чтобы оно умещалось под аркой конструкции.
Трёхосевой (дельтовидный) принтер
Трёхосевой принтер также представляет собой ферму с закреплённым печатающим устройством. Однако сама печатающая головка закреплена на телескопических рычагах, которые и перемещают её по заданному маршруту. Поэтому в отличии от портальных принтеров, у дельтовидного меньше площадь печати. Рабочая зона ограничена длиной поддерживающих элементов, что достаточно для воспроизводства отдельных фрагментов или малых архитектурных форм. Однако поставить такой принтер для печати здания уже не получится.
Крановый принтер
Некоторые производители нового вида оборудования ориентируются исключительно на строительство домов непосредственно на площадке. Такие 3D принтеры напоминают башенные строительные краны. Их обычно размещают внутри здания, а печать производится в радиусе доступа стрелы. Подобное оборудование не такое громоздкое и позволяет быстро перевести его из транспортного положения в рабочее.
Также в качестве базы используются мини-краны. Например, кран-паук, оснащённый бетононасосным оборудованием и печатающей головкой на конце стрелы. Преимуществом такого решения является повышенная мобильность. К тому же машина может выполнять функции крана, в случае необходимости.
Принтеры-манипуляторы
Существуют также 3D принтеры-манипуляторы. Для перемещения печатающего устройства в них применена роботизированная рука. Этот тип оборудования может быть мобильным или стационарным. Их основным преимуществом является гибкость по сравнению с остальными типами принтеров. Но и цена за такую технологичность будет выше аналогов.
Этапы 3D печати в строительстве
Не зависимо от типа принтера, изготовление любого элемента, включая возведение дома по аддитивной технологии, начинается с проекта. Его необходимо представить в электронном виде. Для этого подойдёт любая графическая программа – AutoCAD, ArchiCAD, Компас-3D. Большинство аддитивных принтеров имеют встроенную программу перевода визуальных слоёв в карту рабочего процесса.
Далее можно приступать к работам. В случае с малыми архитектурными формами всё просто: подготавливается смесь, загружается в бункер и…. Как в песне: «Нажми на кнопку –получишь результат».
Обратите внимание! Использовать в 3D принтерах товарный бетон категорически запрещено. Во-первых, он содержит крупный фракции, которые не пройдут через сопла. Во-вторых, раствор должен быть пластичным, быстро набирать прочность, иметь невысокую усадочную деформацию, чтобы не растекаться под давлением последующих слоёв. В тоже время, он не должен быстро твердеть, чтобы не застыть печатающей головке.
Со строительством зданий и сооружений несколько сложнее. Их можно возводить двумя способами:
- собрать из напечатанных блоков;
- напечатать на месте с помощью полевого 3D принтера.
В первом случае печатаются отдельные элементы, а затем собираются на месте точно также, как складывают дом из кирпича или пеноблоков. Во втором, необходимо подготовить площадку и установить оборудование, а потом – машина сама возводит стены. Кстати, уже во время печати можно установить вводные и выводные трубы и электропроводу. Таким образом, не нужно будет сверлить дырки в стенах.
В зависимости от региона, климатической зоны и прочих моментов, стены здания, возведённые по аддитивной технологии, могут использоваться в качестве несъёмной опалубки. Т.е. печатается внутренняя и внешняя стена, устанавливается арматура и в полости заливается тарный бетон. Но можно и просто заполнить пустоты изоляционным материалом, утеплителем.
По окончании работ печатающую головку необходимо достать из принтера и тщательно промыть.
Плюсы и минусы аддитивной технологии в строительстве
Применение аддитивных технологий имеет множество преимуществ перед традиционными способами строительства. К основным из них относятся:
- скорость возведения построек;
- снижение стоимости строительства;
- уменьшение рабочего персонала;
- возможность создания уникальных дизайнерских решений, включая плавные изгибы стен;
- строительство типовых коттеджных посёлков;
- оперативное возведение временного жилья при ЧС.
К недостаткам стоит отнести невозможность постройки фундамента и горизонтальных плит перекрытия. Теоретически, изготовить последние возможно, но не целесообразно. Гораздо выгодней залить традиционным способом или положить железобетонную плиту перекрытия.
Существенным тормозом в широком распространении аддитивных технологий в малоэтажном строительстве является стоимость оборудования. Тем не менее, некоторые застройщики уже задумываются над тем, чтобы купить строительный 3D принтер. При застройке коттеджного посёлка использование такого оборудования вполне окупится.
Учитывая это, можно смело предположить некий симбиоз традиционных и аддитивных технологии в ближайшее время. Особенно в малоэтажном строительстве, производстве малых архитектурных форм и ландшафтном дизайне.
