Бетонный дом из 3D-принтера: новый уровень строительства

Бетонный дом из 3D-принтера: новый уровень строительства

В последние годы строительная индустрия стала активно использовать новейшие технологии, такие как 3D-печать. Эта технология позволяет создавать сложные конструкции быстро и эффективно, что приводит к снижению стоимости строительства и улучшению качества продукции. Одним из самых впечатляющих примеров использования 3D-печати в строительстве является бетонный дом, созданный с помощью 3D-принтера.

### Как работает 3D-печать бетона

3D-печать бетона представляет собой процесс создания сложных конструкций из бетона с помощью 3D-принтера. Принцип работы 3D-принтера основан на нанесении слоев бетона один на другой, чтобы создать требуемую конструкцию. 3D-принтер использует специальный раствор, который закрепляет бетонный материал на месте. Это позволяет создавать конструкции сложной формы, которые были бы невозможны с помощью традиционных методов строительства.

### Преимущества 3D-печати бетона

3D-печать бетона имеет ряд преимуществ перед традиционными методами строительства:

• Скорость. 3D-печать бетона позволяет создавать сложные конструкции быстро и эффективно, что ускоряет процесс строительства.
• Экономия материалов. 3D-печать бетона позволяет использовать меньше материалов, чем традиционные методы строительства, что приводит к снижению стоимости строительства.
• Экологичность. 3D-печать бетона позволяет создавать конструкции с меньшим уровнем выбросов CO2, чем традиционные методы строительства.
• Улучшение качества. 3D-печать бетона позволяет создавать конструкции с высоким уровнем точности и качества, что приводит к улучшению надёжности и долговечности зданий.

### Примеры бетонных домов из 3D-принтера

Сегодня уже есть несколько примеров бетонных домов, созданных с помощью 3D-принтера. Одним из самых известных примеров является дом в Эде, Нидерланды, который был создан с помощью 3D-принтера. Этот дом имеет площадь 94 квадратных метров и был построен за 120 часов.

Другой пример бетонного дома из 3D-принтера - дом в Китае, который был построен за 24 часа. Этот дом имеет площадь 400 квадратных метров и был построен с помощью 3D-принтера, который наносил слои бетона толщиной 6 сантиметров.

### Заключение

Бетонный дом из 3D-принтера - это новый уровень строительства, который позволяет создавать сложные конструкции быстро и эффективно. 3D-печать бетона имеет ряд преимуществ перед традиционными методами строительства, таких как скорость, экономия материалов, экологичность и улучшение качества. Сегодня уже есть несколько примеров бетонных домов, созданных с помощью 3D-принтера, и эта технология продолжает развиваться, предлагая новые возможности для строительной индустрии.

Связанные вопросы и ответы:

Как работает 3D-принтер для печати домов из бетона

Shuvalov Nikolay EvgenievichVolga State University of Technologystudent

Abstract The problems of 3D-printing in Russia, building automation due to modern technology, a comparison with the traditional methods, including economic feasibility.

Keywords: 3D

Библиографическая ссылка на статью: Шувалов Н.Е. Целесообразность 3D печати в малоэтажном строительстве // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 11 . URL:(дата обращения: 05.11.2024).

Строительство быстро развивается и уже очень сильно отличается от того, что было 10 лет назад. Строительный рынок предоставляет множество вариантов несущих конструкций. Трудно выбрать наиболее выгодный и надежный вариант, так как, каждый день технологии совершенствуются, появляются новые и сложно определить, что найдет свое применение в строительстве. Один из таких частных случаев – 3D печать.

3D печать имеет свои преимущества: скорость производства работ, минимизация труда, автономность, большой выбор материалов, печать сложных форм.

Использует различные материалы для «печати», они поступают с помощью насоса и наносятся на поверхность. В зависимости от материала, конечной продукции передаются те или иные свойства (рис.1).

Принтер собирается на строительной площадке, некоторые модели можно установить и настроить всего за 30 минут.

Рис. 1. Строительный принтер

Для наглядного сравнения эффективности применения принтера рассчитаем стоимость строительства тремя способами.

Схема-образец представляет собой здание высотой 3м, длиной 9м и шириной 9м, толщину стен принимаем равной 0,3м. Рассматриваются только стены. Таким образом, общий объем стен – 41м3. Площадь внутренних поверхностей – 90м2. Площадь внешней поверхности стен – 108 м2. (Рис.2)

Рис. 2. Вид здания

Данная схема используется для всех 3 вариантов строительства:

• Монолит.
• Несъемная опалубка «Velox».
• Несъемная опалубка с использованием строительного 3D принтера.

Сравнение производится по параметрам трудозатрат и общей стоимости возведения.

Исходя из информации ООО “Спецавиа” о своем 3D принтере S-1160 , произвели расчет стоимости установки несъемной опалубки и трудозатрат, представленный в таблице 1.

Таблица 1.  Расчет трудозатрат и стоимости установка несъемной опалубки  3D принтера S-1160

Стоимость 3D принтера S-1160	2450000 рублей.
Срок службы	20 лет
Скорость печати	9 м/мин.
Высота слоя	1 см.
Количество человек, необходимых для	2 рабочих (6 разряд)
работы принтера
Расход пескобетона на 1 м2опалубки	17 кг.
Стоимость материалов	3750 руб/т.

Стоимость часа работы 3D принтера:

Почасовая тарифная ставка строителей 6 разряда в базисных расценках 2001 г: 14,13 р.

Стоимость материалов, необходимых для строительства 1м²опалубки:

Толщина слоя 1 см, таким образом, 1 м2 опалубки включает 100 слоев толщиной 1 см и длиной 100 см. Соответственно, 1 м2 опалубки равен 1*100=100 м печати.

Так как скорость печати принтера – 9 м/мин, трудозатраты:

Можно составить расценку для устройства несъемной опалубки при помощи строительного 3D принтера (Таблица 2).

Устройство несъемной опалубки с помощью строительного 3D принтера.

Таблица 2. Измеритель: 10 м²несъемной опалубки

Наименование элемента затрат	Единицы измерения	Устройство несъемной опалубки с помощью 3D принтера
Затраты труда рабочих	Чел.-час	1,85
Затраты труда машинистов	Чел.-час	1,85
Машины и механизмы
3D принтер	Маш.-час	1,85
Материалы
Пескобетон М300	т

Расходы по несъемной опалубки Velox учитываем из ТЕР 06-01-087 “Монтаж и демонтаж крупнощитовой опалубки”. Используем коэффициент применения несъемной опалубки вместо оборачиваемой: 0,75 к затратам труда и оплате труда рабочих, 0,8 к стоимости эксплуатации машин (ТЕР-2001, сборник 06, п. 3.8). Добавляем стоимость плит Velox 282, 65 руб/м².

Полученные данные были обработаны, получены следующие результаты, представленные в таблице 3.

Таблица 3. Сравнительный анализ стоимости и трудозатрат выполнения работ с помощью различных материалов

Из таблицы видно, что постройка  с использованием 3D печати выгоднее и быстрее. Стоимость 3D принтера ниже остальных 421886,26 руб, за ним монолит 519640,92 р и опалубка VELOX 606525,09р. По трудозатратам также выгоднее 3D принтер – 357,57 чел.час, затем монолит – 469,4 и Velox – 574,39 .

Какие преимущества имеет строительство домов с помощью 3D-принтера

- 13.10.22

Напечатать на 3D-принтере можно что угодно. Например, заменитель мяса, протез или даже лодку. Однако с помощью принтера можно построить даже целый дом

Самое первое подобное здание в Европе, у которого уже есть арендаторы, было построено в Эйндховене, Нидерланды. Дом имеет площадь 94 квадратных метра, бетонную конструкцию и большие французские окна. На первый взгляд, это бунгало ничем не отличается от других современных построек. Однако более пристальный взгляд на детали стен позволяет предположить, что этот дом был создан с использованием другой техники, чем иные постройки.

Фото: Shutterstock

Комфорт и безопасность в бетонном валуне

Бунгало в Эйндховене, Нидерланды, полностью напечатано на 3D-принтере, первом в Европе. Равномерные серые линии выглядят совершенно естественно, наверное, поэтому дом полюбился первым жильцам, которые потихоньку обживаются.

«Он исключительный. Его форма очень необычная. Когда я увидел его в первый раз, он был похож на то, что я знаю с детства, на большой камень. И это ощущение было очень важным, потому что в глубине души чувствуешь, что тебе здесь будет комфортно», — говорит новая арендаторша Элиза Луцова.

Домом можно управлять через современное приложение, а внутри «3D-валуна», как его ласково называют жильцы, есть просторная гостиная, кухня и две спальни. Ежемесячная арендная плата в этом доме составляет почти $1 тысячу. Другой арендатор, Харри Деккерс, добавляет свои ощущения:

«Я чувствую себя здесь очень хорошо, потому что, когда я нахожусь внутри, здесь тихо, снаружи ничего не слышно. Открытое пространство и большие окна также впечатляют. В то же время я чувствую себя здесь в полной безопасности».

Фото: Shutterstock

Хирургическая точность стен

Вам наверняка будет интересно, как печатается такой нестандартный дом. По словам его создателей, это совсем не сложно. Конечно, технологи сначала составили планы и спроектировали дом архитектурно. Благодаря этому узнали, из скольких штук он будет состоять на самом деле и сколько нужно будет напечатать. Выпустили номер 24, и он тоже собран именно из такого количества деталей. И хотя на печать ушло всего 120 часов, он полностью соответствует всем голландским строительным нормам. Технолог Тео Салет более подробно описывает способ производства:

«Когда мы задавались вопросом, как это сделать, мы говорили, что нам нужно идти слой за слоем. Сначала вы печатаете первый слой бетона, затем следующий, сантиметр за сантиметром до высоты трех метров каждой стены. Меня всегда интересовал вопрос устойчивости, и я могу применить его здесь. Благодаря 3D-принтеру мы используем только то количество бетона, которое нам действительно нужно. Другими словами, бетон не пропадает зря, потому что 3D-принтер абсолютно точен и использует ровно столько материала, сколько необходимо».

Будущее 3D-жизни

Как мы уже упоминали, «3D Boulder» — это первый 3D-печатный дом в Европе. Мировое первое место занимает его предшественник из Китая, где в 2014 году изготовили на 3D-принтере архитектурно гораздо более простой дом, имевший три прямые стены из бетона, дополненные стеклянной частью.

Перед голландскими технологами стоит четкая цель – использовать 3D-печать в строительной отрасли в будущем как один из возможных способов эффективного, а также более экологичного строительства новых домов для сотен тысяч голландцев, которые сейчас с трудом ищут собственное жилье из-за отсутствия квартир.

«Вероятно, мы не построим миллион таких домов. Но эта технология позволяет нам очень легко строить подобные дома, например, в сочетании с различными другими материалами, такими как бетон и дерево», — поясняет Тео Салет.

«Использование 3D-печати для благоустройства жизни современного человека — это очень важная часть нашего будущего. И если данные технологии уже дошли до такого совершенства, что можно построить целый комфортабельный дом, то однажды в нашей жизни будет гораздо больше, чем мы можем себе представить сейчас. В частности, всегда можно включить станок и напечатать себе, допустим, садовую скамейку, фонтан или любой иной предмет интерьера для сада. В данном случае все будет ограничиваться исключительно фантазией пользователя», – прокомментировал новость эксперт ИА «Экспресс-Новости» Степан Котски.

Какие материалы используются для печати домов с помощью 3D-принтера

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.

Сколько времени может занять строительство дома с помощью 3D-принтера

Строительная 3D-печать, или, как ее еще называют, аддитивное строительство, только появилась на свет, и хочется верить в ее светлое будущее. К этому есть много предпосылок, но для успеха многое еще нужно сделать. В первую очередь, нужно разработать принципы проектирования домов для строительной 3D-печати. Затем необходимо привлечь топовых архитекторов для создания знаковых проектов, за которыми может последовать массовое внедрение новой и очень перспективной технологии. Строительная 3D-печать может помочь в решении глобальной проблемы нехватки жилья, а также привнести большую долю автоматизацию в другие сферы строительства.

Какие ограничения могут быть связаны с использованием 3D-принтера для строительства домов

3D-печать за последние годы значительно эволюционировала, находя применение в различных областях деятельности. В зависимости от сферы использования, 3D-принтеры могут быть классифицированы на несколько основных типов:

Домашние 3D-принтеры

Домашние 3D-принтеры представляют собой более доступные по цене и компактные устройства по сравнению с профессиональными и промышленными аналогами. Они идеально подходят для личного использования, образовательных целей, хобби и малого предпринимательства. Такие принтеры чаще всего используют технологию Fused Deposition Modeling (FDM), где продукт создаётся путём наложения слоёв расплавленного пластика.

Особенности:

Низкая стоимость

Простота использования

Подходят для экспериментов и обучения

Профессиональные 3D-принтеры

Эти устройства ориентированы на бизнес-пользователей, в том числе дизайнеров, архитекторов, инженеров и исследователей. Профессиональные 3D-принтеры предлагают более высокое качество печати и могут работать с разнообразными материалами, включая специализированные пластики, смолы, металлы и даже керамику. Они используют различные технологии печати, такие как Stereolithography (SLA), Selective Laser Sintering (SLS), Direct Metal Laser Sintering (DMLS), и др.

Особенности:

Высокое качество печати и точность деталей

Возможность использования разнообразных материалов

Поддержка большого объема производства и повторяемость результатов с помощью 3д печати

Широкий диапазон доступных технологий печати

Надежность и долговечность оборудования

Расширенные возможности настройки и контроля процесса печати

Возможность интеграции с профессиональными программными решениями для 3D-моделирования и производства

Высокая скорость печати и оптимизация производственного процесса

Профессиональные 3D-принтеры находят применение в самых разных отраслях. Например, дизайнеры и архитекторы используют их для создания макетов и прототипов зданий и интерьеров, что позволяет визуализировать и корректировать проекты на ранних стадиях разработки. Инженеры применяют 3D-печать для изготовления функциональных деталей и сборок, что сокращает время на производство и снижает затраты. В исследовательских лабораториях эти принтеры помогают создавать уникальные образцы и экспериментальные устройства.

Промышленные 3D-принтеры

Промышленные 3D-принтеры предназначены для крупномасштабного производства и использования в промышленных условиях. Эти устройства отличаются высокой производительностью, большой рабочей областью и возможностью печати сложных, функциональных и прочных деталей с помощью различных видов 3д принтеров. Они могут использовать различные технологии печати, такие как Electron Beam Melting (EBM), Binder Jetting, и лазерное спекание.

Особенности:

Очень высокая производительность и скорость печати

Большая рабочая область, позволяющая создавать крупные объекты

Использование высокопрочных материалов, включая металлы, композиты и специализированные пластики

Высокая точность и повторяемость результатов

Интеграция с производственными линиями и автоматизация процесса печати

Прочные и долговечные компоненты, рассчитанные на интенсивное использование

Промышленные 3D-принтеры находят широкое применение в аэрокосмической, автомобильной, медицинской, и оборонной промышленностях. Они используются для производства функциональных компонентов, которые должны выдерживать высокие нагрузки и экстремальные условия эксплуатации. Например, в аэрокосмической промышленности эти принтеры используются для создания компонентов двигателей и структурных элементов самолетов. В автомобильной промышленности их применяют для изготовления прототипов, инструментов и даже конечных деталей автомобилей.

Как 3D-печать может повлиять на будущее строительной индустрии

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 технологии используются для контроля качества печати домов с помощью 3D-принтера

Считается, что дома 3D-печные дома дешевле строить, но это несколько спорно, поскольку 3D-принтеры для массового строительства являются дорогостоящим оборудованием и по-прежнему имеют много ограничений. Но давайте ограничимся фактами и цифрами.

Мы уже установили, что 3D-печать дома происходит быстрее, чем традиционное строительство, и, как говорится, время - деньги. Меньшее время, затрачиваемое на стройплощадку, означает, что и оборудование, и рабочие будут быстрее доступны для других проектов, что теоретически вдвое увеличит объем строительства по сравнению с сегодняшними показателями.

Добавьте это к значительно сокращенному количеству требуемых рабочих. Кроме того, сырье, используемое некоторыми 3D-принтерами, может быть частично собрано на месте, что снижает затраты, связанные с поиском, хранением и транспортировкой его на место.

Теперь перейдем к цифрам: дом Apis Cor площадью 40 кв. м в России, по слухам, стоил примерно 10 000 долларов, включая все окна, кровлю, проводку и внутреннюю отделку. Это ошеломляюще мало. В настоящее время ICON работает над домами площадью 60 квадратных метров, которые, как планируется, будут стоить всего 4000 долларов.

Да, строительное оборудование для 3D-печати по-прежнему очень дорого, как и любая другая передовая технология, но здесь есть много возможностей для совершенствования, и по мере развития технологии затраты, связанные с оборудованием и эксплуатацией, несомненно, сократятся.

Как 3D-печать может помочь решить проблемы недостатка жилья

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.