Строительные 3D-принтеры и наш опыт работы с ними. Строительный 3D-принтер для колледжа современных технологий

Строительные 3D-принтеры и наш опыт работы с ними. Строительный 3D-принтер для колледжа современных технологий

Здравствуйте! Рассказываем о пусконаладке строительного 3D-принтера в Колледже современных технологий имени героя Советского Союза М.Ф. Панова. Это строительный колледж, занимающийся подготовкой специалистов в этой сфере и участвующий в Чемпионате Москвы WorldSkills Russia.

Что за 3D-принтер

Это уже второй купленный колледжем строительный принтер Спецавиа предназначенный для 3D-печати бетоном. Предыдущий отправлен на полигон для работы. Это модификация модели S-2020, он сделан на заказ и пришел в разобранном виде.

От стандартной модели принтер отличается размерами рамы и областью печати.

Характеристики:

Рабочая область: 2500 х 1500 х 800 мм.

Внешние размеры: 3000 х 2000 х 2100 мм.

Привод: шаговые двигатели с цилиндрическими редукторами.

Тип подачи печатающей головки: шнековый.

Слой: 10-15 х 30-40 мм.

Производительность: до 0,5 кубометра в час.

Материал: цементные составы с противоморозными и пластифицирующими добавками или без таковых, гипсовые смеси, в том числе влагостойкие упрочненные.

Вес нетто: 560 кг.

Вес брутто: 960 кг.

Электропитание: 220В, 50 Гц, 1600 Вт.

Условия эксплуатации: в помещении, от 5 до 40 °C, влажность воздуха не более 60%.

Ознакомиться с модификациями принтеров AMT компании Спецавиа и купить строительный 3D-принтер можно в Top 3D Shop.

Серийные S-2020 поставляются собранными в легковом автоприцепе.

Этот принтер приехал в шести ящиках. Выгружали и переносили их два человека.

Отдельные компоненты весят 200 кг, для их выгрузки понадобился подъемник.

Сборка 3D-принтера

Каркас принтера состоит из нескольких составляющих.

Направляющая по вертикальной оси, монтируется на двухсоткилограммовую ось, на нее устанавливается бункер-экструдер для раствора.

Воронкообразный бункер, в который загружается смесь. Внутри шнек вращением экструдирует раствор.

Боковины основания — основные несущие элементы, весят по 80 кг.

Соединяем боковины тремя прямоугольными трубами.

Повесили ось, на ней располагаются шаговые двигатели. Движение осуществляется посредством линейной зубчатой передачи. Затем закрепили желтую металлическую панель.

Стоящая на полу деталь — каркас направляющих по оси Z.

Повесили направляющую и присоединили цепь, передающую усилие от шагового двигателя для движения бункера по вертикали.

Повесили бункер со шнеком и подключили шлейф питания.

Для полной сборки принтера требуется около 6 часов и два сотрудника.

ПО, подготовка проекта

Принтер работает с программой Mach3, печатает из файлов .dxf и .dvg. Загрузить в нее можно любой g-code. Подготовка файлов делается в программе Sheetcam. МОжно использовать файлы проектов из AutoCAD.

Бетонная смесь выдавливается экструдером специальной конструкции. Она укладывается слоями, как пластик в бытовом 3D-принтере.

Учащиеся колледжа замешивают раствор и загружают в бункер.

Для печати на принтере достаточно одного оператора, он же может загружать смесь в бункер вручную или с помощью специального загрузчика.

Смесь подается вращающимся шнеком, как в мясорубке. Скорость работы двигателя шнека настраивается в программе. Бетон загружается в бункер, затем его надо дегазировать какое-то время, немного утрамбовать и можно печатать.

Для чего применяется 3D-принтер

Принтер применяется для изучения методик работы с 3D-печатью в строительстве. Используется для печати малых архитектурных форм — лавочек, тумб, рельефных элементов.

3D-принтер по бетону. Новый способ производства прототипов

Материал для цифровой 3D-печати зданий (печатный бетон), по сути, соответствовал разработкам НАСА под строительство объектов на Луне и Марсе. Метод аддитивного производства рассматривался исследовательскими институтами всего мира перспективной технологией.

Появление технологии 3D-печати было обусловлено спросом строительной отрасли на быстрый экономичный способ производства прототипов. Поэтому с момента изобретения (2006 год) концепции 3D-печати бетоном с системой контурной обработки, эта концепция быстро развивалась.

Экспериментальный процесс бетонной печати устройством 3D-принтер, где использованы мелкозернистые материалы для формирования рабочей смеси под технологическое оборудование

Процесс добавления слоёв материалов одного на другой до момента готовности начинается с цифровой модели структуры или объекта. Такой цифровой моделью, к примеру, выступает файл CAD. Создаётся файл CAD посредством программного обеспечения на пространственное моделирование или трёхмерное сканирование объекта.

Программным обеспечением создаётся пространственная и цифровая копия объекта. Следующим шагом является нарезка созданной модели. Нарезка — разделение трёхмерной модели на сотни (тысячи) горизонтальных слоёв. Здесь используются специальные программы:

• Slic3r,
• Ultimaker,
• Simplify3D и другие.

Разрезанная модель отправляется на принтер, который печатает объект или структуру, слой за слоем. Устройством 3D-принтер читается каждый слой в двухмерной форме. Как результат — в процессе печати формируется трёхмерный объект.

3d строительство дома. Инженер рассказал о плюсах и минусах внедрения 3D-печати на рынок ИЖС

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.

Зд принтер для дома. Технология формирования слоев

DLP/LCD/SLA — фотополимерные принтеры, в которых используется специальный пластик, затвердевающий под действием ультрафиолетового света. Принтер содержит ванночку с прозрачным дном, расположенную под ним печатающую головку с УФ-лампой и рабочую поверхность, расположенную над ванночкой и способную перемещаться по оси Z. 

При работе в ванночку заливается жидкий фотополимер, а рабочая поверхность опускается к прозрачному дну, оставив минимальный просвет толщиной в один рабочий слой. Головка, воздействуя ультрафиолетовым лучом на нужные точки, формирует первый слой, после чего рабочая поверхность приподнимается на толщину нового слоя. И так — до тех пор, пока изделие не будет напечатано. В процессе работы принтер словно «вытягивает» перевернутую фигурку из ванночки.

Фотополимерные принтеры дороже филаментных, обладают невысокой скоростью печати, выбор материалов для них невелик и сами материалы дороже. Зато точность печати у фотополимерных принтеров намного выше — отдельные точки и слои почти неразличимы. 

Фотополимерные принтеры используются для построения фигур с высокой точностью и высокой детализацией. Они применяются ювелирами для изготовления форм отливок, стоматологами для изготовления зубных протезов, а также для моделирования.

PJP/FDM/FFF — филаментные принтеры, печатающие фигурку пластиком, наплавляя его слой за слоем на рабочую поверхность. 

Филаментные принтеры, по сравнению с фотополимерными, дешевле и обладают большей скоростью печати. Для филаментных принтеров предлагается множество пластиков различных характеристик:

• прочных, для изготовления нагруженных деталей.
• цветных и многокомпонентных, для изготовления художественной продукции, в т.ч. с имитацией различных материалов (дерева, металла и пр).

Основной недостаток филаментных принтеров — низкая точность печати. Во-первых, на свежераспечатанной фигурке хорошо заметны слои печати. Во-вторых, фигурка и ее элементы могут деформироваться из-за неравномерных температурных воздействий, это надо учитывать при подготовке к печати.

По конструкции филаментные принтеры бывают нескольких типов:

Дополнительные типы принтеров для дома:

Фотополимерные принтеры (DLP/LCD/SLA)

Фотополимерные принтеры используются для создания фигур с высокой точностью и высокой детализацией. Они применяются ювелирами для изготовления форм отливок, стоматологами для изготовления зубных протезов, а также для моделирования.

Принцип работы:

1. В ванночку заливается жидкий фотополимер.
2. Рабочая поверхность опускается к прозрачному дну, оставляя минимальный просвет толщиной в один рабочий слой.
3. Головка, воздействуя ультрафиолетовым лучом на нужные точки, формирует первый слой.
4. Рабочая поверхность приподнимается на толщину нового слоя.
5. Процесс повторяется, пока изделие не будет напечатано.

Преимущества:

• Точность печати намного выше.
• Отдельные точки и слои почти неразличимы.

Недостатки:

• Дороже филаментных принтеров.
• Выбор материалов для них ограничен.
• Материалы дороже.

Филаментные принтеры (PJP/FDM/FFF)

Филаментные принтеры печатают фигурку пластиком, наплавляя его слой за слоем на рабочую поверхность.

Преимущества:

• Дешевле.
• Большая скорость печати.

Недостатки:

• Меньшая точность печати.

Материалы для филаментных принтеров:

• Предлагается множество пластиков различных характеристик.

• Prusa («столодрыги»). У этих принтеров головка движется по горизонтально расположенной раме, в одной плоскости по осям X и Z. Вместо перемещения головки по оси Y сдвигается сам стол.

  

  Конструкция недорогая, но не самая точная — раздельное движение головки и стола добавляет свои погрешности. Такие конструкции обычно имеют открытый корпус, что часто способствует неравномерному охлаждению и деформации фигурки. Также возникают проблемы с высокими массивными фигурками — при движении стола инерция может перекосить модель. Впрочем, последнее «лечится» снижением скорости печати.
• Prusa ½ (консольный). В этой модели рама заменена одной вертикальной стойкой. Модель очень компактная, но имеет все недостатки «Пруши» практически без преимуществ. Точность печати еще ниже из-за худшего позиционирования головки.

  

• H-bot, Core-XY, Makerbot, Ultimaker. Во всех этих подвидах используется один принцип — стол движется только по оси Z, т.е. вверх-вниз, а головка — в горизонтальной плоскости по осям X и Y. Между собой они отличаются сложностью и точностью механики — самая простая у H-bot, самая сложная — у Ultimaker. В целом конструкция во многом избавлена от недостатков Prusa: принтеры обладают высокой точностью и скоростью, часто расположены в закрытом корпусе — термобоксе, что обеспечивает равномерное охлаждение модели и отсутствие перекосов. Минусы — сложное устройство, высокая цена, большой вес и габариты.

  

• Core-XYZ. В этой модели стол неподвижен, а головка движется по всем трем осям. Самые дорогие и сложные модели, обеспечивающие, тем не менее, наилучшее качество печати.