3D-принтер помогает немцам строить дом из бетона

3D-принтер помогает немцам строить дом из бетона

Технологии 3D печати с каждым днем становятся все совершеннее. Теперь они вносят свой вклад и в строительство современных домов. Среди первопроходцев в данном направлении можно назвать и Германию. В федеральной земле Северный Рейн – Вестфалия, в городе Беккум, запущен очень интересный проект. На 3D принтере печатают первый экспериментальный бетонный дом, предназначенный для проживания одной отдельной семьи.

Двухэтажный дом общей площадью 160 квадратных метров будет изготовлен из специального бетона, толщина каждого слоя которого составляет лишь несколько сантиметров. Экструдер выдавливает бетонную смесь, которая быстро твердеет. Каждый слой смеси наносится поверх предыдущего, параллельно осуществляется армирование для общего укрепления конструкции.

Строительные 3D принтеры, которые используются в процессе создания таких домов, довольно сильно отличаются друг от друга. Самые распространенные принтеры – портальные, с рукой-манипулятором. С их помощью можно создать малые архитектурные формы и отдельные компоненты будущих зданий для последующей сборки уже непосредственно на месте. Более крупные принтеры позволяют напечатать сразу все здание прямо на том месте, где планируется его постройка.

С помощью 3D принтеров можно создать малые архитектурные формы и отдельные компоненты будущих зданий для последующей сборки уже непосредственно на месте.

Такая технология стоит довольно дорого, поэтому говорить об ее внедрении в массовое строительство пока преждевременно. Но стоит отметить, что в ряде стран уже построено несколько домов методом 3D печати. Так, двухэтажный дом был построен в бельгийском Антверпене, а в Мексике построили несколько домов для малообеспеченных граждан. В США также запущены проекты по печати жилых домов.

Нет никаких сомнений, что германское правительство заинтересовано в развитии подобных экспериментальных технологий. Так, власти федеральной земли Северный Рейн – Вестфалия выделили на поддержку проекта 200 тысяч евро. Сумма не столь большая, но в любом случае ее выделение свидетельствует: проект властям интересен и, значит, имеет все шансы обрести реальное будущее после сдачи первых домов.

В пользу стартапа свидетельствует и тот факт, что ему удалось собрать всю необходимую для строительства жилого здания документацию, а немцы к таким вопросам относятся весьма щепетильно. Однако говорить о конкуренции с традиционными методами строительства пока, разумеется, не стоит, хотя бы из-за высокой стоимости оборудования, используемого при печати жилых домов.

Связанные вопросы и ответы:

Как работает 3D-принтер при строительстве домов из бетона

До начала баттла кратко разберу технологию строительной 3D печати:

1. Проектирование в специальной программе 3D модели стен;
2. Послойное деление модели в поперечном сечении;
3. Преобразование модели в цифровой код;
4. Перевод кода на печатающую головку-экструдер;
5. Послойная экструзия смеси на основе портландцемента марки М400-500 согласно 3D модели;
6. Набор прочности стены до проектных значений.
7. И как результат на заранее построенном фундаменте в проекции стен и перегородок печатается замкнутый контур, состоящий из 2х параллельных бетонных стенок толщиной по 4 см с послойным армированием. Бетонные стенки выполняют как несущую функцию, так и функцию несъемной опалубки, внутреннее пространство которой заполняется, например, пенобетоном.

В августе этого года моя компания со всем инженерным составом посетила производственную площадку группы компаний АМТ в г. Ярославль, которая производит 3D принтеры S-300, предназначенные для печати стен жилых домов.

Как потенциальный заказчик, девелопер и инженер-строитель оцениваю производственные и ресурсные возможности компании, компетенции специалистов, соотношение цены-качества 3D-принтеров как 10 из 10 баллов.

1. Клиенто-ориентированность. Нас прекрасно встретили, показали производственную площадку, 3D-принтеры, продемонстрировали 2 построенных жилых дома. Руководитель группы компаний безусловный эксперт своего дела. По всем вопросам по телефону или по почте мы всегда получали развернутые ответы.

Рыночная цена. Стоимость основных моделей 3D-принтеров для строительства стен в ИЖС приятно удивила. Это абсолютно адекватная рыночная цена, которую может осилить любая строительная или девелоперская компания. В линейке для ИЖС представлены 3 основные модели:

• S300 : размеры рабочего поля 11х11х4м, 8 460 000р (без НДС)
• S300-1 : размеры рабочего поля 11х11х7м, 8 870 000р (без НДС)
• S300-3 : размеры рабочего поля 17х11х7м, 8 920 000р (без НДС)

Где размеры рабочего поля – это максимальные габариты строящегося здания.

Помимо самого 3D-принтера, в базовую комплектацию входит :

1. Станция приготовления и подачи бетона.
2. Мойка высокого давления.
3. Компьютер управления с лицензионным ПО.

Компания производит подготовку операторов в своем учебном центре с последующей техподдержкой.

Надежность. 3D-принтеры S-300 с ресурсом работы около 30 000 часов, ремонтопригодные, простые в управлении и обслуживании. И, что немаловажно, все детали и софт российского производства без зависимости от импорта. Все перечисленные модели - это не прототипы, а серийное оборудование, которое прошло инжиниринг со всеми необходимыми испытаниями. На сегодняшний день более 240 3D-принтеров эффективно эксплуатируются не только в России, но и в других странах мира.

Легкость составных конструкций. Основная конструкция 3D принтера – это фермы из прочного и легкого алюминиево-магниевого сплава, благодаря которому каждый элемент весит до 100кг, что позволяет разгрузить, собрать и разобрать всю конструкцию вручную силами 2х рабочих без привлечения крана и иных подъемных приспособлений.

Идеальная конструкционная плоскость стен. Точность позиционирования 3D принтера 2мм.

Автоматизация строительства стен. Это то главное свойство 3D принтера, ради которого мы решили досконально изучить данную технологию. Модельный ряд S300 позволяет печатать наши основные типовые проекты серии FH до 150м². Поэтому использование строительной трехмерной печати стен могло быть актуальным при массовой застройке коттеджных поселков по нашим проектам.

Какие преимущества имеет использование 3D-принтера при строительстве домов из бетона

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 ограничения и недостатки имеет использование 3D-принтера при строительстве домов из бетона

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 быстро строится дом при использовании 3D-принтера

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 материалы используются при строительстве домов из бетона с помощью 3D-принтера

Ключевые слова

3D-ПЕЧАТЬ / 3D-ПРИНТЕР / АДДИТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО / СЕЛЕКТИВНОЕ СПЕКАНИЕ / КОМПОНЕНТНАЯ СКЛЕЙКА / МЕТОД ПОСЛОЙНОГО ЭКСТРУДИРОВАНИЯ / БЕТОННАЯ СМЕСЬ / ФИБРА / АРМИРОВАНИЕ / "КОНТУРНОЕ" СТРОИТЕЛЬСТВО / СИСТЕМА D-SHAPE / 3D-PRINTING / 3D-PRINTER / ADDITIVE MANUFACTURING / SELECTIVE SINTERING / BONDING COMPONENT / THE METHOD OF LAYERING EXTRUSION / CONCRETE MIX / FIBER / REINFORCEMENT / "CONTOUR" CRAFTING / D-SHAPE SYSTEM

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Лунева Д. А., Кожевникова Е. О., Калошина С. В.

Современные инновационные 3D-технологии развиваются достаточно быстро и все больше внедряются в различные сферы деятельности человека. В последнее время значительное внимание уделяется такой разновидности 3D-технологий, как печать объектов на 3D-принтере , в которой используется метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели. 3D-принтеры применяются во многих отраслях промышленности: медицине, машиностроении, литейном производстве, радиотехнике и электронике. Их основными преимуществами являются создание объектов с высокой точностью и скоростью без использования ручного труда, а также возможность создания предметов и конструкций по 3D-модели. Строительная область не стала исключением в отношении применения 3D-печати. В настоящее время существуют технологии и устройства для печати как малых архитектурных форм, так и зданий в целом. В данной статье рассматриваются различные технологии, применяемые в 3D-печати, их преимущества и недостатки, а также области применения и перспективы развития в строительной области. Дано краткое описание устройства и принципа работы 3D-принтера . Рассмотрены основные виды материалов и их комбинации, а также виды армирования конструкций, используемые при 3D-печати зданий и сооружений. Описаны разработки зарубежных компаний, в строительстве домов с помощью 3D-печати. Выявлены основные проблемы практического применения 3D-печати. Рассмотрены направления развития и совершенствования данной технологии.

Как изменяется стоимость строительства домов при использовании 3D-принтера

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.