3D-принтеры в строительстве: будущее дома

3D-принтеры в строительстве: будущее дома

Если изучить последние мировые новости, становится все более очевидным постепенное внедрение 3D печати в самые различные сферы. Не является исключением и строительная отрасль. Возможно, что очень скоро именно эта технология позволит не только обеспечить население недорогим собственным жильем, но также сделает возможным строительство зданий в труднодоступных местах планеты. 

Этот технический метод изобрел североамериканский инженер Чак Халл, запатентовав собственное открытие в 1986 году. Новый процесс предполагает объединение молекул с помощью лазера для трансформации полимеров в разные жесткие структуры. Вначале 3D-печать была использована в автомобилестроении с целью формирования «быстрых прототипов». Далее область применения увеличилась и была адаптирована под строительство.

На фото показано 3D-печатающее устройство. С его помощью впервые в истории России было распечатано жилье. При этом применялся бетонный раствор.Строение площадью 38 кв. м, находится в городке Ступино Московской области. На изготовление стен и перегородок ушло менее 24 часов. Затем печатающее устройство было извлечено из построенного дома краном-манипулятором. 

Как строил дом 3D-принтер

На фото — готовое жилище, выстроенное с помощью 3D-технологий в Подмосковье. Поскольку работы велись в зимнее время, потребовалось закрыть печатающее устройство и строительную площадку тентом. Такие меры были необходимы, чтобы гарантировать комфортные температурные условия для использовавшейся бетонной смеси. Однако в будущем разработчики намерены решить вопрос с помощью новых морозоустойчивых материалов. К слову, 3D-печатающее устройство фирмы Apis Cor способно работать при температуре - 35ºС.

Метод 3-D печати

Нужно отметить, что 3D- принтер позволяет печатать конструкции послойно. Принцип тот же, что и с печатью текста на бумаге, только чернила заменены на другой материал. Особенно популярно использование бетона, пластика, стали, синтетических смол и прочих материалов.

Недавно стало известно о намерении датской компании Printhuset напечатать офисное здание в Компенгагине. Сделать это планируется с помощью трехмерного принтера, изготовленного на ярославском предприятии «Спецавиа». Российское 3D-устройство способно распечатывать слои, толщиной до двух сантиметров при объезде вокруг сооружения. 

Цена вопроса

Стоимость трехмерного печатающего агрегата зависит от комплектации и может составить от 960 000 рублей до пяти миллионов. 

Лидеры 3D-строительства 

Лидером в сферы строительства зданий с помощью 3D-принтеров пока остаётся Поднебесная. Именно в Китае отпечатан многоэтажный дом общей площадью 1 100 квадратных метров. Безусловно, чтобы строительство такого здания стало возможным, пришлось печатать детали по отдельности, а затем транспортировать и собирать их непосредственно на стройплощадке. 

Офисное здание в Дубае

Пойти на рекорд решили и в крупнейшем городе Объединенных Арабских Эмиратов - Дубае. Здесь было распечатано офисное здание, цена которого не превысила 140 000 $ - экономия 50%. Площадь сооружения составила 250 кв.м. Всего на стройплощадке было задействовано 19 человек.

Что сдерживает развитие 3D-печати в строительной отрасли

По мнению экспертов, развитие 3D-печати сдерживают масштабы. Так, для строительства дома высотой порядка двух-трех этажей, нужен поистине гигантский принтер, цена которого будет соответствующей. Либо, трехмерное печатное устройство придется снабдить функцией перемещения по строительным лесам, разработав специальную программу. Именно по этой причине все отпечатанные строения либо невелики по своим размерам, либо строятся из отдельных составляющих.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое 3D-принтер

3D-печать — это процесс аддитивного производства , потому что, в отличие от традиционного субтрактивного производства, трехмерная печать не удаляет материал, а добавляет его, слой за слоем — то есть выстраивает или выращивает.

1. На первом этапе печати данные из чертежа или 3D–модели считываются принтером.
2. Далее идет последовательное наложение слоев.
3. Эти слои, состоящие из листового материала, жидкости или порошка соединяются друг с другом, превращаясь в окончательную форму.

При производстве ограниченного количества деталей 3D-печать будет быстрее и обойдет дешевле. Мир 3D-печати не стоит на месте и поэтому на рынке появляется все больше различных технологий, конкурирующих между собой. Разница их заключается в самом процессе печати. Одни технологии создают слои путем размягчения или плавления материала, затем они обеспечивают послойное нанесение этого самого материала. Другие технологии предусматривают использование жидких материалов, обретающих в процессе твердую форму под воздействие разнообразных факторов.

Для того, чтобы что-то напечатать , сначала вам понадобится 3D-модель объекта, который вы можете создать в программе 3D-моделирования (CAD — Computer Aided Design), или использовать 3D-сканер для сканирования объекта, который вы хотите печатать. Есть также более простые варианты, такие как поиск моделей в Интернете , которые были созданы и доступны другим людям.

После того, как ваш проект готов , все, что вам нужно сделать, это импортировать его в Слайсер , программа которая адаптирует модель в коды и инструкции для 3D–принтера, большинство программ с открытым исходным кодом и распространяются бесплатно. Слайсер преобразует ваш проект в файл gcode, готовый к печати как физический объект. Просто сохраните файл на прилагаемой SD-карте и вставьте его в свой 3D–принтер и нажмите печать.

На весь процесс может уйти нескольких часов , а иногда и несколько дней. Все зависит от размера, материала и сложности модели. Некоторые 3D-принтеры используют два различных материала. Один из них является частью самой модели, другой выступает в роли подпорки, которая поддерживает части модели, нависающие в воздухе. Второй материал в дальнейшем удаляется.

Как работает 3D-принтер в строительстве домов

Для строительства любого здания, начиная от жилого дома и заканчивая огромным небоскребом, требуется большая команда специалистов. Созданием чертежа здания занимается архитектор, инженеры проектируют несущие конструкции, а каменщики, кровельщики и другие мастера занимаются непосредственно строительством. Так было на протяжении многих лет, но сегодня ситуация другая — в некоторых странах команда строителей очень маленькая и иногда состоит всего лишь из 2-3 людей. Дело в том, что для строительства все чаще используются большие 3D-принтеры, которые накладывают слои из прочных материалов, создавая полноценные сооружения. Недавно в Германии началось возведение самого большого здания напечатанного на таком оборудовании. Думаем, это отличный повод рассказать вам о самых интересных проектах такого рода.



Строительные 3D-принтеры уже не фантастика — справа показан жилой дом в Германии, созданный при помощи этой технологии

Как работает строительный 3D-принтер

Идея использования 3D-принтеров в строительстве возникла примерно в конце 2000-х годов. Сначала это были прототипы и первые здания были очень примитивными. Со временем специалисты нашли наиболее подходящие составы «чернил», а устройства стали сложнее по структуре и, соответственно, точнее.



Строительные 3D-принтеры выглядят по-разному, вот один из вариантов. Источник: sculpteo.com

Принцип работы строительного 3D-принтера почти такой же, как у обычного. Первым делом специальные «чернила», обычно представляющие собой смесь цемента и песка, загружаются в принтер. Затем принтер начинает печатать объект, нанося слои этого материала один на другой. Оборудование управляется по программе, которая указывает, куда именно нужно наносить каждый слой. Печать продолжается, пока не будет создан весь объект.

Какие материалы используются в 3D-печати домов

Технология 3D-печати зданий имеет потенциал изменить множество аспектов строительной индустрии и обогатить различные области. Давайте рассмотрим, где эти технологии могут быть особенно полезны:

• Жилищное строительство. Одним из самых ожидаемых применений 3D-печати зданий является жилищное строительство. Эта технология может сделать жилье более доступным и экологически устойчивым. Благодаря быстрой и эффективной печати, она может быть использована для создания домов в условиях, где требуется быстрое размещение массовых жилищных объектов.
• Инфраструктура и строительство в аварийных ситуациях. 3D-печать зданий представляет собой ценный инструмент для строительства временных и постоянных объектов в условиях катастроф и бедствий. Она может помочь быстро восстановить разрушенную инфраструктуру и обеспечить жильем людей в условиях аварий.
• Экологичное строительство. Экологический аспект 3D-печати зданий также несомненно полезен. Многие 3D-принтеры используют устойчивые материалы и сокращают потребление энергии и отходов строительства, что способствует уменьшению негативного воздействия на окружающую среду.
• Временные сооружения и события. 3D-печать может быть использована для создания временных павильонов, выставочных залов, фестивальных конструкций и других объектов, которые могут быть быстро собраны и разобраны.
• Исследование и эксперименты. В сферах исследования и разработки 3D-печать зданий позволяет создавать прототипы и экспериментировать с новыми строительными методами и дизайном.
• Удаленное строительство. Там, где традиционные строительные методы могут быть неэффективными из-за удаленности и труднодоступности места стройки, 3D-печать может предоставить решение. Она может быть применена в условиях, где доставка стройматериалов или рабочей силы затруднена.

Какие преимущества имеет строительство домов с помощью 3D-принтеров

Новатором использования оборудования для печати зданий и конструкций стал профессор Университета Южной Калифорнии (USC) Берох Хошневис, запатентовавший технологию под названием Contour Crafting (нанесение слоев цементной смеси с помощью печатающей головки на подвижной платформе). В настоящее время этот иранский ученый входит в состав деканата USC и продолжает вести исследовательскую деятельность в сфере трехмерной печати, заключив соглашение с NASA и ВМС США. Известно, что он ищет способ полностью автоматизировать процесс вплоть до установки арматуры.

Дома, созданные с помощью 3Д-технологий, есть во многих странах мира, в том числе, в России, ОАЭ, США и Китае. Ниже рассмотрим несколько таких примеров.

CyBe Construction

В 2019 году услугами голландской фирмы CyBe Construction воспользовались заказчики из ОАЭ. Команду разработчиков CyBe пригласили в крупный исследовательский центр SRTI, чтобы они продемонстрировали свои возможности в 3Д-печати домов. Ранее, в 2017 году, компания меньше, чем за месяц (всего за 3 недели), напечатала в Дубае лабораторию площадью 168 квадратных метров. Работая со скоростью 600 мм/с, специализированный строительный 3D-принтер этого бренда возводит все несущие конструкции для сооружения менее, чем за один час. Он способен делать опалубку, полы, стены, канализационные ямы.

«СтройБот»

Российский конструктор Андрей Руденко создал строительный принтер «СтройБот» и отвез его в США. После нескольких лет, проведенных в попытках привлечь внимание к своей разработке, он придумал способ прорекламировать свой продукт – построил часть отеля для филиппинского предпринимателя, используя в качестве рабочей смеси геополимерный бетон.

Apis Cor

Российская компания Apis Cor («Апис Кор Инжиниринг», Иркутск) разработала инновационный мобильный 3Д-принтер, способный печатать здания целиком прямо на месте строительства. Полная площадь рабочей зоны оборудования составляет 131 кв. м, в сложенном виде устройство имеет габариты 4х1,6х1,5 м. Для возведения высоких сооружений крупных размеров задействуется несколько синхронизированных принтеров.

Оборудование использует оригинальную технологию собственной разработки Apis Cor: экструдер зафиксирован на телескопической штанге, размещенной на поворотной платформе и регулируемой по высоте. Установка возводит вокруг себя стены из гипсовой смеси и после окончания работ легко перевозится на другую строительную площадку при помощи подъемного крана.

В 2019 году инженеры предприятия Apis Cor построили в Дубае жилой дом площадью 640 кв. м. Процесс занял 500 часов. Точно такое же сооружение было возведено в Ступино. На очереди более крупномасштабные проекты: распечатка демонстрационных домиков в Техасе, а затем строительство эко-поселка совместно с Sunconomy.

Нужно отметить, что впервые в российской практике здание печаталось именно как единое целое, а не собиралось из заранее отпечатанных блоков.

Какие недостатки имеет строительство домов с помощью 3D-принтеров

Инженер рассказал о плюсах и минусах внедрения 3D-печати на рынок ИЖС

Инженер Мамин: благодаря 3D-печати сократится время строительства домов

При масштабном внедрении технологии 3D-печати могут оказать значительное влияние на рынок индивидуального жилищного строительства (ИЖС). Об этом 25 июля «Известиям» заявил инженер, эксперт в области разработки проектной и технической документации Дмитрий Мамин.

По его словам, технология использования 3D-печати в строительство долгие годы не находила широкого применения, поскольку рассматривалась преимущественно как имиджевая.

«В последние 10 лет появились компании, в том числе российские, разрабатывающие технологии по использованию 3D-печати в строительстве. В целях продвижения собственных разработок данные компании реализовали ряд проектов по строительству домов с использованием 3D-печати. Данная технология пока «не выстрелила» и рынок 3D-печати в строительстве крайне незначителен, поскольку для этого необходимо технологичное оборудование, стоимость которого превышает плату строителям, что экономически не очень целесообразно», — сказал эксперт.

Также невысокая популярность технологии 3D-печати объясняется достаточно большими временными затратами при выходе на рынок, сообщил Мамин. Он добавил, что технология должна «дозреть» — пройти процесс пилотного внедрения, найти определенную нишу на рынке и прийти в соответствие со строительными нормами.

«При масштабном внедрении технологии 3D-печати могут оказать значительное влияние на рынок индивидуального жилищного строительства. Перспективы применения таких технологий очевидны: снижение времени строительства, упрощение логистики, возможность создания авторских проектов», — отметил специалист.

Стоимость строительства также может значительно снизиться за счет эффекта масштаба — одновременно можно будет возводить не один дом, а целые поселки, что также говорит о значимых перспективах данной технологии, добавил он.

Однако на текущий момент у применения 3D-печати в ИЖС есть ряд преград. Так, остаются нерешенными серьезные проблемы технологии: неровности и ребристость стен, «печатаемых» на 3D-принтерах; сложность проведения работ при отрицательных температурах и температурах более 25 градусов (это способствует быстрой усушке бетонной смеси и, как следствие, растрескиванию бетона); необходимость армирования стен, указал собеседник «Известий».

«Кроме того, в наше время технологии промышленной 3D-печати не позволяют детально проработать узлы и архитектурные стили домов. Данные проблемы могут быть решены при развитии технологии», — заключил Мамин.

Поставить печать на поток: в России создан проволочный 3D-принтер

Отечественный аппарат поможет полностью уйти от сварных соединений и заклепок

В конце января российские космонавты напечатали первую рабочую деталь на 3D-принтере на Международной космической станции. Этой деталью стал кронштейн, необходимый для крепления камеры. 3D-принтер был доставлен на МКС на корабле «Прогресс МС-20» в июне 2022 года для проведения экспериментов.

Какие ограничения есть в строительстве домов с помощью 3D-принтеров

Сегодня массовое использование строительных 3D-принтеров сталкивается с целым рядом проблем — законодательных, технологических и многих других. Однако даже самые большие скептики рынка недвижимости не рискуют назвать 3D-печать бесперспективным направлением

Компания Mighty Buildings привлекла 52 млн долларов инвестиций для создания экологически чистых и климатически устойчивых домов при помощи 3D-печати, сообщил на днях телеграм-канал компании «Базис. Недвижимость». В Mighty Buildings считают, что эти инвестиции свидетельствуют о высокой степени доверия инвесторов к ее технологии.

«Уточняется, что финансирование предназначено для ускорения разработки и расширения производства новых домов для рынка США, а также для организации производственных операций в Саудовской Аравии и Объединенных Арабских Эмиратах. По данным Mighty Buildings, все эти государства имеют самые быстрорастущие рынки в мире. Кроме того, представители Mighty Buildings заверили, что расширение производства в регионе Персидского залива соответствует стратегии их компании, направленной на преобразование жилищного строительства во всем мире, а также на решение проблем климатической устойчивости и глобальной нехватки жилья», — пишет телеграм-канал.

А верят ли игроки российского рынка недвижимости в технологии 3D-печати? Поскольку речь пока идет о напечатанных одноэтажных, максимум двухэтажных домах, этот вопрос прежде всего стоит адресовать профессионалам загородного рынка, которые считают: напечатанные здания — это интересно, перспективно, но не без минусов.

Владимир Митин, CEO DRHouse Ecosystem

«Сегодня мы наблюдаем только зарю технологии, и сейчас она сильно ограничена размерами печатного станка, который выставляется в центре пространства и начинает печатать стены, перегородки и так далее. Выглядит это как слоистая конструкция и скорее походит на жилье инопланетян из «Звездных войн». Не спорю, у печати много плюсов, в том числе она минимизирует риск ошибки и влияние человеческого фактора. Но пока все достаточно сыро, и массово эта технология не может применяться. Я как архитектор, возможно, мог бы подумать о ее использовании для печати готовых каркасных элементов — ферм, балок (они печатаются из композита, негорючие, прочные). Элементы, из которых собирается каркас дома, — да, до этого технологии точно дозрели, что-то большее — в перспективе пяти лет мы, может быть, увидим что-то, что нас впечатлит. Иными словами, в будущем технология может работать, особенно когда можно будет печатать серьезные объемы, этажами, но сейчас это формат бета-тестирования».

***

Максим Лазовский, владелец строительной компании «Дом Лазовского»

«Технология 3D-строительства дома интересная и перспективная. Фактически речь идет о «домокомплекте из камня»: механизм позволяет возвести контур (стены) из вспененного бетона. Существуют разные составы этого бетона, но в целом они похожи, отличаются разве что составом добавок полимеров. Главный плюс 3D-строительства — сильно ускоряется процесс возведения контура, ролики это хорошо демонстрируют. Однако тут кроется и некоторое лукавство: под термином «3D-строительство» многие подразумевают возведение дома целиком, а это далеко не так. Я не зря постоянно упоминаю слово «контур»: фактически принтер возведет «домокомплект» без отделки, утепления, гидро- и шумоизоляции. А еще коммуникации, кровля и много-много всего. Собственно, переходим к минусам и их решению. Пока технология очень сырая и распространяется лишь на узкий этап строительства. Застройщиков, готовых использовать метод и материал, мало, поэтому бетонный состав производится ограниченно и стоит недешево. Кроме того, в законодательстве нет единых норм к оценке качества этого материала и требований к нему, что также пугает строителей. В целом технологии 3D-строительства требуется развитие, расширение на другие этапы строительного процесса, проведение дополнительных исследований качества и составление стандартов. Все это нуждается в финансировании и не под силу какому-то одному застройщику. А вот объединению — да. Особенно если оно получит от государства поддержку на развитие этого направления. Вспомните, как продвигали электромобили — временно отменили налоги на их ввоз в РФ. Здесь можно было бы временно отменить подоходный налог при продаже объекта».

Как 3D-принтеры могут повлиять на будущее строительства домов

На сегодняшний день в строительной сфере реализовано всего несколько проектов в 3D-печати. Вот пять наиболее впечатляющих и многообещающих проектов:

Офисное здание муниципалитета Дубая, ОАЭ

1. Офисное здание муниципалитета Дубая, ОАЭ

В декабре 2019 фирма  Apis Cor, занимающаяся роботами для 3D печати объявила о завершении самого крупного в мире  частного здания, напечатанного при помощи 3D-печати. Офисный блок, построенный в ОАЭ, представляет собой 9,5 метровой сооружение  в высоту и площадью в 640 m2.

3D-принтер Apis Cor перемещался по стройплощадке под открытым небом при помощи крана и возводил разные части конструкции.

2. Офис будущего, ОАЭ 

Офис будущего, ОАЭ

Еще одно впечатляющее здание в ОАЭ, созданное 3D-печатью – Офис будущего – уникальная, довольно большая, конструкция, в котором в настоящее время размещается временная штаб-квартира организации Дубайский фонд будущего.

Для этого здания элементы создавались не на стройплощадке, и их напечатали за 17 дней, а само здание было собрано за 48 часов.

3.Дома, созданные 3D-принтером компании ВинСун, Китай

Дома, созданные 3D-принтером компании ВинСун, Китай

Китайская компания 3D-печати WinSun также применила заводские 3D- принтеры для строительства жилых домов. Компания создала несколько проектов домов, в том числе и небольшое многоэтажное здание. Все детали конструкции можно быстро и дешево напечатать и потом быстро их собрать уже на стройплощадке.

Компания подсчитала, что постройка-печать их пятиэтажного здания может стоить всего $161,000.

4. 3D-напечатанный номер в Льюис Гранд Хотел, Филиппины

3D-напечатанный номер в Льюис Гранд Хотел, Филиппины

Планируя поездку на Филиппины, подумайте о том, чтобы остановиться в отеле Lewis Grand Hotel в Анхелес-Сити, Пампанга, где посетителей встретят первым в мире гостиничным люксом, напечатанным на 3D-принтере. Номер в отеле был разработан Льюисом Якичем, владельцем отеля и инженером по материаловедению, в сотрудничестве со специалистом по 3D-печати Энтони Руденко. Они создали массивный 3D-принтер, который выводит песок и бетон на основе вулканического пепла. Комната была напечатана за 100 часов.

5. Двухэтажный особняк в Бекуме, Германия

Двухэтажный особняк в Бекуме, Германия

Первый 3D-напечатанный жилой дом площадью около 80 квадратных метров  – детище немецкой строительной компании PERI GmbH и архитектурно-дизайнерским бюро MENSE-KORTE ingenieure+architekten. Чтобы напечатать один квадратный метр двойной обшивки стены за 5 минут, использовали 3D-принтер BOD2. Здание представляет собой сооружение с трехслойными полыми стенами, заполненными изоляционной массой. Установка полых труб и соединений во время печати осуществлялась вручную.