Первый 3д дом. Компании, опередившие время
Технология 3D печати стремительно развивается и находит применение в самых разнообразных областях деятельности. Способ послойного создания предмета на базе виртуальной объемной модели успешно используется в машиностроении, электронике и медицине. Но оказывается, что 3D принтеры могут внести неоценимый вклад и в развитие строительной сферы. С помощью технологии объемной печати можно создавать здания и архитектурные сооружения. Возможно, на наших глазах происходит самая настоящая научно-техническая революция.
3 D принтер построит дома на Луне?
Примерно с середины 2000-х годов параллельно друг с другом в различных университетах мира начались исследования, ориентированные на изучение возможности использования 3D печати в строительной сфере. В 2012 году профессор Берох Кошневис (Behrokh Khoshnevis) из Университета Южной Калифорнии провел презентацию своего инновационного проекта – строительство домов с помощью 3D принтера. Он подумал, что раз с помощью трехмерной печати можно создавать самые разнообразные предметы и объекты, то почему бы не печатать дома с помощью таких принтеров?
Для печати домов Кошневис предложил использовать послойный метод создания, который сам он назвал Контурной обработкой. В качестве материала для строительной печати можно использовать бетон или глину. Сам принтер в этом случае представляет собой передвижное устройство, высотой больше создаваемого здания. Гигантское устройство ездит по специальным рельсам вокруг возводимого дома.
Принцип строительства очень простой: в такой 3D принтер заливают бетонную смесь, и затем осуществляется процесс трехмерной печати, когда слой за слоем формируется заданная конструкция. Нижние слои постепенно уплотняются, что дает им возможность выдерживать все более увеличивающийся вес конструкции. То же самое происходит и в обычном трехмерном принтере, создающем предметы из пластмассы.
Данная технология будет оптимальна для осуществления быстрого строительства – возведения домов после чрезвычайных происшествий или для создания бюджетного жилья. В частности, на постройку стандартного двухэтажного жилого дома в Америке уходит от полутора до шести месяцев. Причем значительная часть строительных работ по-прежнему делается вручную. С помощью 3D технологии это же здание можно будет возвести буквально за день, причем без привлечения большого количества рабочей силы. Принтер будет поэтапно сооружать фундамент, закладывать стены и возводить сам каркас дома. Рабочим же останется только вставить двери и окна в подготовленные проемы. Таким образом, технология 3D печати не только значительно сократит сроки строительства, но и удешевит его.
В данный момент технология проходит тестирование. Сам профессор Кошневис утверждает, что она будет полностью готова к 2017 году. Как бы то ни было, новыми возможностями в области возведения зданий сразу же заинтересовались даже не строительные компании, а космическое агентство НАСА. Оно выделило специальный грант для изучения возможностей использования технологии 3D строительства на Луне. Ведь 3D принтерам для выполнения работы не нужен кислород и, главное, они могут осуществлять строительство в самых экстремальных условиях, включая вакуумное пространство или очень высокие температуры.
Послойное экструдирование
В большинстве современных строительных принтеров заложен метод, который используется профессором Берохом Кошневисом. Это послойное экструдирование вязкой строительной смеси. Сам принтер имеет сопло или экструдер, из которого выдавливается быстро затвердевающая смесь. Она похожа на зубную пасту, выдавливаемую из тюбика. Это сметанообразная бетонная смесь с различными добавками. Технология предусматривает, что каждый новый слой этой смеси выдавливается из печатающего устройства поверх предыдущего, в результате чего формируется определенная конструкция. Бетонная смесь позволяет получить оригинальные архитектурные формы без опалубки, сокращая время и затраты на строительство.
3 D дома в Китае
Пока в Америке технология 3D строительства тестируется исследователями, в Китае уже печатают самые настоящие дома. В этом году архитектурная компания Winsun, расположенная в городе Сучжоу, начала возводить небольшие жилые дома с помощью огромного 3D принтера. Принцип использовался тот же — послойное экструдирование. В качестве материала применялся строительный мусор и цемент, усиленный стекловолокном. Стены здания были напечатаны с помощью огромного 3D принтера, а вот крыша осталась единственной частью, которую пришлось возводить вручную. Как бы то ни было, данная технология позволила построить из промышленных отходов десять компактных жилых домов площадью двести квадратных метров всего за сутки! А себестоимость строительства каждого такого домика составила всего около пяти тысяч долларов.
Архитектурная компания Winsun использовала для строительства жилых домов гигантский промышленный принтер длиной в сто пятьдесят метров и высотой в шесть метров. Пока речь идет лишь о возведении недорогого, бюджетного жилья. Для Китая с его перенаселенными городами технология 3D строительства может открыть огромные перспективы. Впрочем, если взглянуть на эти домики, возведенные с помощью 3D принтера, то они не произведут большого впечатления. Это прямоугольные, очень простые сооружения. Однако для рынка экономичного, быстровозводимого жилья – они действительно находка. В Китае в ближайшие годы планируется построить несколько предприятий по переработке отходов и мусора, чтобы наладить выпуск смеси в больших объемах для осуществления 3D строительства.
Серийные 3 D принтеры
Компания BetAbram готовит к выпуску серийный 3D принтер для возведения домов, который сможет приобрести любой желающий. Печатающее устройство способно перемещаться как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях. Пока высота ограничена двумя метрами, однако в компании утверждают, что высоту можно будет увеличить в случае необходимости с помощью специальной системы рельсов и подвижной платформы. В модельном ряду BetAbram будет три модели строительных принтеров. Модель P3 позволит напечатать маленький дом длиной четыре метра и шириной три, принтер P2 – бетонный дом без опалубки 12 х 6 метров, и P1 – здание 16 х 9 метров.
Стоимость модели P1, позволяющей строить самый большой по площади дом, будет составлять сорок четыре тысячи долларов. Разработчики этих устройств считают, что поскольку принтер может печатать несущие конструкции, его цена полностью себя оправдывает.
Дом, напечатанный из соли
Все вышеупомянутые проекты ориентированы на возведение несущих конструкций и стен, однако в компании Emerging Objects справедливо полагают, что возможности 3D печати отнюдь не ограничиваются строительством наружных стен. Ведь с помощью печатающего устройства можно заняться и внутренними интерьерами. В Emerging Objects предложили использовать для создания межкомнатных перегородок, которые бы изящно зонировали внутреннее пространство дома, соляной полимер. Специалисты этой компании соединили строительный клей и соль, получив экономичный, легкий полупрозрачный материал, который идеально подходит для 3D печати. Материал получил название Saltygloo, и, несмотря на свою легкость, он прочнее цемента. Из него будут создавать внутренние стены и межкомнатные перегородки. При желании стены из Saltygloo можно отшлифовать до блеска, либо оставить шероховатыми.
В настоящий момент американская компания работает над своим проектом «Печатный дом 1.0». Он предусматривает строительство дома с помощью печатающего устройства. Причем для возведения внутренних стен используется Saltygloo, а для наружных — блоки Picoroco, представляющие собой цементный полимер. Возводимый 3D дом будет состоять из просторных помещений, разделенных на небольшие комнаты. Полупрозрачные стены из смеси соли со строительным клеем будут создавать в комнатах эффектное освещение.
3 D печать стройматериалов
А вот в Голландии пошли несколько другим путем. Группа ученых из Sabin Design решила найти применение 3D печати не для возведения зданий, а для получения экономичных и надежных строительных материалов. Им удалось создать посредством трехмерной технологии печати керамические кирпичи Polybrick, которые внешне похожи на шлакоблоки. Отличительная особенность и преимущество таких кирпичей – для их установки не требуется использовать клей или строительный раствор как в случае с обычными кирпичами. Кирпичи Polybrick обладают конической формой и надежно крепятся друг к другу.
Новый строительный материал, создаваемый путем 3D печати из специального цветного порошка, обжигается слабым огнем, приобретая красивый вид атласной глазури. Печать кирпичей экономически оправданна, затраты на их производство минимальны. При этом Polybrick могут использоваться для создания самых разнообразных кирпичных конструкций без применения специального раствора.
Впрочем, полноценный 3D дом в Голландии все же строится. Этим проектом в Амстердаме занимается компания DUS Architects. Печать всех без исключения составных частей дома будет осуществляться на огромном принтере KamerMaker. На подготовку проекта к реализации у голландских специалистов уйдет примерно три года, а вот сам процесс строительства планируется завершить всего за неделю. Это будет трехэтажное здание с небольшим дополнительным помещением под крышей. Примечательно, что в качестве материала для возведения здания будет использован биопластик, который предварительно подвергнут вторичной обработке для измельчения в мелкий порошок.
3D принтер для возведения дома на берегу канала Буйкслотер представляет собой гигантскую установку, которая превышает в несколько раз размеры промышленного станка. На первом этапе планируется распечатать каждую составляющую дома в масштабе 1 к 20, чтобы протестировать и проверить надежность конструкций, а затем уже начинать возведение здания с помощью принтера KamerMaker в натуральную величину.
Трудности 3 D строительства
Несмотря на то, что 3D печати предрекают огромные перспективы в строительстве и дома, напечатанные принтером, уже существуют в реальности, имеется множество тонких вопросов, касающихся самой технологии возведения зданий. В частности, 3D принтеры строят дома путем нанесения слоя бетонной смеси на ранее выложенный слой. При этом ничего не говорится о применении в строительстве арматуры – вертикальная арматура просто помешает принтеру свободно перемещаться над слоями на нужной высоте. Однако бетонные дома для обеспечения высокой надежности конструкции просто не могут обойтись без арматуры. Такой дом потрескается и рассыплется с течением времени. В Китае выстроенные принтером дома армировали стеклопластиковой сеткой. Однако прочность и надежность таких конструкций все же вызывает вопросы. Вероятно, эта проблема может быть решена путем использования одновременно двух устройств – одно монтирует арматуру, а другое «печатает» бетонной смесью слой за слоем.
Другой вопрос связан с виброобработкой бетона. Дело в том, что и при монолитном, и при блочно-панельном строительстве применяется виброобработка для удаления воздуха и воздушных пустот из бетона. С этой целью используются различные переносные, электрические или пневматические вибраторы. Благодаря этому железобетон приобретает очень высокую прочность. В случае с технологией 3D строительства вследствие отсутствия опалубки и краткосрочного размещения поддерживающих формовочных лопаток в контакте с бетоннымм раствором виброобработка фактически невозможна. Это опять-таки говорит о том, что дом, построенный из бетонной смеси по 3D технологии, может не простоять долго.
Другое уязвимое место – монтаж инженерных систем, без которых современный дом просто не может существовать. Впрочем, здесь как раз возможности принтеров могут раскрыться в полной мере, поскольку они являются устройствами с точной повторяемостью операций и, например, соединение элементов труб в нужной последовательности вполне может быть выполнено. Архитекторам лишь придется подумать над новыми конструкциями элементов инженерных коммуникаций.
Все эти спорные технические моменты нельзя назвать неразрешимыми, они характерны для любой прорывной технологии, только начинающей свое развитие. Какое-то время инженерам придется потратить на то, чтобы убрать все технические проблемы, нивелировать недостатки технологии и полностью автоматизировать все процессы, протекающие на строительной площадке.
Даже сложно себе представить, насколько преобразится строительная отрасль после того, как технология трехмерной печати найдет массовое применение. Исчезнут пресловутые прорабы и сменные строительные бригады. Для возведения дома понадобится всего несколько технических специалистов и инженер-оператор печатающего робота. Всего за месяц работы можно будет сдавать в эксплуатацию целые коттеджные поселки. Строительный принтер станет своеобразным промышленным конвейером, с помощью которого можно будет возводить дома в сжатые сроки и с минимумом финансовых затрат.
Связь строительной отрасли с компьютерными технологиями формируется годами и в наши дни польза от нее очевидна для специалистов разных направлений. Главным образом используются средства виртуального моделирования, позволяющие с высокой точностью разрабатывать архитектурные и дизайнерские проекты. Но этим не ограничивается потенциал новых технологий. Не так давно началась популяризация принтеров с трехмерной печатью, которые работают на основе тех же проектных решений с виртуальными компонентами. Продолжением концепции стал строительный 3D-принтер. В России данную идею осваивает Андрей Руденко, предлагая быстрый способ возведения стен и некоторых инженерных конструкций. Также подобные технологии развиваются в Китае, Голландии и США.
Общий технологический процесс
В целом процесс повторяет традиционное строительство. Работы также начинаются с разработки общей концепции здания, составления проектного решения и подбора материалов. Начальные этапы строительства могут предусматривать также использование компьютерного моделирования - в любом случае непосредственные монтажные мероприятия будут задействовать мощности вычислительных машин.
Далее формируется бетонная смесь, на основе которой будут выкладываться стены. Собственно, первые модели строительных принтеров могли выполнять лишь односложные задачи по укладке стеновых конструкций. В современных аппаратах предусматривается не только возможность устраивать различные по конфигурации сооружения, но также дополнять этапы строительства изоляционными и облицовочными работами. Конечно, о сооружении полноценных завершенных объектов речь пока не идет, однако, производители оборудования стремятся к идее строительства, не предполагающего постобработку.
Техника строительства
В технологическом плане данный метод схож с работой обычных принтеров для трехмерной печати. Только в традиционном варианте предполагается формирование небольших по размеру предметов из специальных масс на основе пластиков и полимеров. В случае со строительными аппаратами есть два принципиальных отличия. Во-первых, это размеры принтера. В зависимости от версии и особенностей технологического процесса он может соответствовать по габаритам и автокрану, и небольшому грузовику. Во-вторых, строительный 3Д-принтер использует в качестве рабочей массы бетонный раствор. Подача смеси осуществляется также через специальный экструдер, работающий в автоматическом режиме.
Высокая точность выполнения операций, к слову, определяется как раз четким позиционированием головки принтера. Таким образом, можно осуществлять укладку фундамента, стен, перекрытий, лестничных и других конструкций. В зависимости от модели принтера могут выполняться мелкие проемы, инженерные отверстия и коммуникационные ниши. В отдельных случаях строительный 3Д-принтер позволяет формировать специальные отверстия для дальнейшего внедрения арматурных стержней.
Особенности китайского 3Д-строительства
Китайские разработчики являются первопроходцами в этом направлении строительства. Они создали технологию, согласно которой можно за сутки возвести дом. Другое дело, что строение будет бюджетным и с присущими данной категории недостатками дешевого жилья. В качестве основы для строительной массы в данном случае используется не только бетонная смесь, но и экологически чистые промышленные отходы. Такое решение обусловлено стремлением к удешевлению процесса.
Кроме того, по китайской технологии предусматривает включение в основной состав массы стекловолокна. Это значительно повышает качество результата, поскольку облегченная композитная арматура не только выигрывает у традиционного металла по ряду прочностных показателей и массе, но и упрощает процесс монтажа. Причем в случае с принтером используется измельченное стекловолокно в самой массе, что избавляет конструкцию от недостатков, возникающих при внедрении металлической арматуры в готовые проемы.
Голландская технология
Голландские инженеры осваивают несколько другие направлений продвижения концепции строительного принтера. Они ориентируются не на укладку смесей как таковую, а на изготовление стройматериалов и конструкций. Довольно успешным стало производство керамического кирпича, который выпускается через экструдер из массы шлакоблока.
Низкая стоимость сырья и минимальные затраты на само изготовление материала делает эту технологию финансово оправданной. Но и процесс сооружения домов не остался без внимания. Дело в том, что 3D-принтер для строительства домов выпускает блоки с конической формой, которая избавляет рабочих от необходимости использовать связующие смеси. Также некоторые компании осваивают каркасное возведение зданий. В этом случае принтер печатает полноценные монтажные панели, из которых в дальнейшем формируются домкомплекты.
Серийное производство принтеров
Пока создатели строительных принтеров не решаются на полноценное представление своей продукции на рынке.
Хотя попытки такие, безусловно, есть. Достаточно отметить модель BetAbram и отечественные разработки предприятия «СпецАвиа». При этом аппараты, доступные широкому кругу потребителей, можно разделить на два класса. Это крупногабаритный строительный 3Д-принтер, который практически не имеет ограничений по сооружению типовых зданий с точки зрения размеров, а также небольшие устройства, входящие в рельсовые комплексы. Второй вариант более доступен в плане финансов и позволяет изменять конструкцию в зависимости от требований к строительным задачам.
Дополнительный опционал
Процесс строительства в классическом понимании предусматривает выполнение множества операций. Это не только укладка стен, установка перегородок и монтаж конструкции под кровлю, но и облицовочные работы, и обустройство проемов. Почти во всех современных версиях 3D принтер для строительства домов позволяет осуществлять укладку бетонной смеси. Однако для других операций производители предусматривают вспомогательные устройства. Например, для монтажных мероприятий на той же крыше предлагается гидроподъемник, а в осуществлении отделочных работ можно использовать мойку высокого давления.
Предусматривается в некоторых версиях и улучшение базовых возможностей оборудования. К примеру, растворная мешалка избавляет пользователя от самостоятельного приготовления бетонной смеси. На ней можно создать оптимальную массу с характеристиками, которые предусматривает технология. Строительство домов с помощью принтера также требует специального энергообеспечения. Для организации этой части разработчики предлагают вводную проводку и электрошкафы питания.
Преимущества строительных принтеров
Строительство по новой технологии целесообразно использовать лишь в некоторых направлениях. В частности, отмечается высокое качество при укладке монолитных конструкций. Создание фундаментной основы, к примеру, заметно превосходит по скорости и эксплуатационным свойствам традиционные техники. Отдельные разработки касаются именно замены вибропрессования бетонной массы, так как автоматизация строительства в виде точного послойного формирования стяжки исключает образование воздушных пустот. По большому счету, такие принтеры повышают скорость процесса и оптимизируют чем и привлекают крупные компании.
Недостатки строительных принтеров
Даже в современных исполнениях строительное печатающее оборудование не способно обеспечивать полный цикл монтажных и ремонтных операций. Несмотря на желание производителей и технологов приближать реальность исключения необходимости постстроительства, эта идея пока еще очень далека. Кроме того, практика показывает, что и в нынешнем виде технология (строительство домов путем 3Д-печати) проигрывает квалифицированному ручному труду. Выполнение стяжки не менее качественно производит опытная бригада строителей. Относится это и к традиционной кладке стен. Впрочем, по скорости выполнения операций и точности все же выигрывает принтер.
Вопрос цены
Одним из главных факторов, который сдерживает распространение такой техники, является стоимость. И все же в специализированных областях наблюдается немалый спрос на строительный 3Д-принтер. Цена серийного оборудования начального уровня составляет порядка 700-800 тыс. руб. За эту сумму можно рассчитывать на ограниченный функционал, которого, тем не менее, хватит на качественное выполнение бетонных покрытий, создание стен и фундаментов. Сложные технологические операции подобные устройства не потянут.
Агрегаты, которые способны возводить полностью каркасную основу домов пользуются большим распространением, но и стоят недешево. Как правило, это массивный строительный 3Д-принтер, цена которого составляет в среднем 2-3 млн. При этом надо учитывать, что и материалы в виде рабочих смесей потребуются специальные - тоже по немаленьким ценам.
Заключение
При всех недостатках специалисты отмечают перспективность данного направления строительных технологий. На этом этапе еще рано говорить об экономической целесообразности внедрения подобных разработок на рынок с расчетом на коммерческий успех. И дело не только в том, что строительный 3Д-принтер дорого стоит, и свои лучшие качества проявляет лишь в отдельных работах. Как правило, возможности такого оборудования оказываются неконкурентными при сравнении с традиционной ручной силой. Единственное очевидное преимущество, оправдывающее использование такой техники, заключается в высокой скорости строительства. Но, опять же, эта сфера развивается всего несколько лет, и не исключено, что уже в скором будущем разработчики сделают новый шаг в продвижении строительной печати.
В этой статье мы расскажем о том, как приобрести 3Д принтер для печати домов и как организовать строительный бизнес на базе такого оборудования.
Вопреки распространенному мнению появившиеся недавно строительные 3д-принтеры печатают дома и строительные конструкции не из пластика или силикона, как его обычные «братья», а из бетона.
Как правило, для такой печати применяются стандартные составы, в основе которых лежит цемент марки 500. Такие составы недороги, и их компоненты свободно можно приобрести в любом городе мира.
Как и в случае с обычными 3д-принтерами, в основе принципа работы строительного принтера лежит экструзия. Сначала необходимо подготовить строительный раствор, в состав которого входят цемент, стекловолокно, иногда керамзит и иные материалы. Затем принтер выдавливает этот раствор через специальные сопла, нанося его слой за слоем на основание, что позволяет возвести стены небольшого здания всего за пару-тройку часов .
Принтер позволяет быстро «напечатать» все стены и прочие конструкции, например, лестницы, но кровлю нужно делать традиционными методами – принтеров, способных напечатать качественную крышу, пока что не существует.
Само собой, после завершения строительства потребуется внешняя и внутренняя отделка, прокладка коммуникаций, монтаж окон и дверей.
Как быстро можно строить с 3d-принтером
Средняя скорость печати современного строительного принтера составляет от семи до десяти кв. метров в минуту, а в Китае уже сейчас активно используются устройства, способные за минуту напечатать более 50 «квадратов».
Всего за пару часов такие установки могут напечатать целый дом площадью в 200 квадратных метров. С учетом отделки и прокладки всех необходимых коммуникаций строительство занимает от одного месяца до полугода.
Сколько стоит строительство домов с применением 3д-принтера
Указать стоимость строительства здания с использованием невозможно, поскольку он позволяет строить здания любой конфигурации, создавать архитектурные элементы почти любой сложности, возводить стены любой толщины.
Для примера : себестоимость строительства небольшого, около 100 квадратных метров, типового дачного домика составляет всего 2,5-3,5 тысячи долларов. Себестоимость такого дома с дверями, окнами, кровлей, коммуникациями, с внешней и внутренней отделкой – порядка 8-10 тыс. долларов.
Аналогичное строение из кирпича обойдется как минимум в два раза дороже. Продать напечатанный дом с полной отделкой можно за 16-25 тыс. долларов.
Столь низкую стоимость строительства обеспечивают невысокие цены на материалы и предельно точное их дозирование, а также высокое качество строительства: печать не дает каких-либо отклонений по углам, и впоследствии не приходится ничего «дорабатывать» – все стены, проемы для дверей и окон практически идеально ровные, щелей также нет – стена получается монолитной.
Стоимость 3d-принтера для строительства
Пока что индустрия строительства домов с применением 3д-печати находится на начальном этапе своего развития, и производят немногие компании.
Дешевле всего купить принтер производства Китая . Немногим дороже обойдутся продукты российской компании ЗАО «Спецавиа», которая базируется в Ярославле. По соотношению цены и качества они являются лучшими из представленных на рынке.
Модели строительных 3d-принтеров
Рассмотрим несколько моделей 3d-принтеров, предлагаемых компанией «Спецавиа»:
- S-4063 : это небольшое устройство используется для печати малых архитектурных форм, отдельных элементов для домов, бетонных конструкций площадью до 18-ти квадратных метров. Стоимость устройства: 8,5 тыс. долларов.
- S-6045 : устройство может использоваться для печати сложных конструкций размером до 12,6 квадратных метров. Стоимость устройства: 21 тыс. долларов.
- S-1160 : этот принтер позволяет печатать крупные конструкции и здания площадью до 280-ти квадратных метров. Стоимость устройства: 29 тысяч долларов.
Инвестиции и окупаемость
Приобретение печатного устройства и материалов обойдется примерно в 35 тысяч долларов. Еще не менее пяти тыс. долл. потребуется на зарплату рабочим и работы по завершению строительства после возведения бетонных конструкций.
При строительстве коттеджей и дачных домов себестоимостью до 10 тысяч долларов (срок строительства от двух до трех месяцев) и их продаже за 17-18 тысяч долл. чистая прибыль составит порядка трёх-четырёх тысяч долларов в месяц, с одного построенного дома.
Срок окупаемости бизнеса – до полутора лет.
Как видите, печать домов может быть , тем более, что сегодня конкуренция в этой сфере все еще достаточно невысока.
Компания «Бетонатор» построила 3D-принтер и намерена весной напечатать свой первый частный дом площадью в 120 кв. м. Об этом «Инвест-Форсайту» рассказал владелец и гендиректор компании Алексей Федосеев. Это будет не первый дом в России, созданный по аддитивной технологии, но компании Федосеева удалось впервые в России создать 3D-принтер, который будет печатать дома большой площади.
Почему дома до сих пор не печатают на принтерах?
Три года назад мировые СМИ рассказывали о домах, напечатанных на строительных 3D-принтерах в Шанхае, Амстердаме, недавно – в Дубае. А принтер словенской компании BetAbram P1 способен напечатать бетонное здание без опалубки объемом 144 кв м. В 2014 году китайская компания Winsun возвела десять 3D-печатных зданий всего за одни сутки, а в 2015 г. Winsun соорудила пятиэтажное здание площадью 1100 кв. м. Всех удивляла скорость создания таких сооружений – всего несколько часов, и готовы стены. Но 3D-печать в строительстве пока не нашла широкого применения. Проблема – ограниченная зона печати. Так, в России есть компания «Спецавиа», предлагающая к продаже строительные принтеры. В 2017 г. их клиент уже построил частный дом в Ярославле площадью около 300 кв. м. Однако процесс строительства занял почти два года, а стены были собраны из блоков, напечатанных на принтере. В 2016 г. иркутская Apis Cor напечатала дом в подмосковном Ступине площадью 32 кв. м. С тех пор дома, созданные по аддитивной технологии, в России пока больше не появились.
«У нас 3 D -принтеры делают машиностроители, а не строители, поэтому эти принтеры не очень применимы для работы в условиях реальной стройки », – поясняет ситуацию Алексей Федосеев .
У Федосеева свой строительный бизнес. Посетив несколько лет назад выставку 3D-принтеров, бизнесмен загорелся идеей сделать большой 3D-принтер самому и напечатать на нем дом.
Изменить 3D-принтер
Принтер «Бетонатор » был собран в России. Устройство отличается тем, что у него изменяемое рабочее поле. Машина устанавливается прямо на фундаменте будущего здания или перекрытии этажа, что дает возможность изменить длину и ширину строения под потребности заказчика. «Бетонатор» может печатать стены здания прямо на фундаменте. Строительный 3D-принтер использует в качестве рабочей массы бетонный раствор с примесями. Подача смеси осуществляется через специальный автоматический экструдер. Ширина слоя при печати – 3 см, но ее можно менять, например, для печати полых стен. Если установить несколько опорных модулей, принтер может стать сколько угодно большим. Самый небольшой принтер имеет размер 6 м на 6 м, весит 500 кг, легко разбирается и перевозится. Его цена – около 3 млн руб.
3D-печать устраняет человеческий фактор в строительных работах и заменяет несколько технологических процессов – он может напечатать не только несущие стены, но и коммуникации-вентканалы, дымоход, а также – камин, стол, ниши в стенах. Однако изобретенный «Бетонатором» принтер не умеет печатать перекрытия, утеплять стены, создавать стекло и окна. Все это делается обычным способом, либо перекрытия допечатываются отдельно. Впрочем, так работают и другие 3D-принтеры.
Первый проект
На сегодня у компании есть заказ на частный дом в Пушкинском районе Московской области, его площадь будет около 120 кв м. Это будет двухэтажное здание, уже готов его фундамент. Но печатать стены будут не раньше апреля.
«Отлили фундамент, но зимой решили лучше не печатать, 3D-печать – дело такое тонкое. Очень важно правильно изготовить «чернила», а минусовая температура не лучшее время для бетонирования », – поясняет Федосеев.
Стены дома будут напечатаны за сутки, а их себестоимость вдвое ниже кирпичной стены. Если бы дом строился из кирпича, то процесс кладки растянулся бы на 2-3 недели. Плюс при печати дома не образуется строительный мусор.
3D-печать позволяет создавать стены любой формы, с любым декором, этим она также интересна архитекторам. Андрей Руденко на изобретенном им 3D-принтере напечатал спиральные колонны для филиппинской гостиницы Lewis Grand Hotel, «Спецавиа» – печатные церковные купола для церкви в деревне Солонино Ярославской области.
«3 D -печать идеально подходит для Гауди (знаменитый испанский архитектор – ред.), жаль, мы с ним разошлись во времени », – говорит Алексей Федосеев.
Выше и больше
«Бетонатор 3D» не собирается останавливаться. У компании есть модель нового строительного 3D-принтера, который сможет печатать дома в три этажа. Федосеев уверен: напечатанные на принтере дома будут востребованы на рынке. Но у бизнесмена нет полмиллиона долларов, чтобы профинансировать создание нового принтера. До сих пор Алексей Федосеев финансировал проект за счет других своих бизнесов, но сегодня подумывает о сборе средств через ICO.
Сегодня сложно сказать, кто первым додумался попробовать напечатать на 3D принтере жилой дом, но уже сейчас понятно, что в недалеком будущем технология трехмерной печати станет неотъемлемой частью строительного дела.
В начале двухтысячных годов сразу несколько независимых друг от друга групп ученых начали исследования в области применения технологии 3D печати в строительстве.
Инженеры из Китая, США, Великобритании и Нидерландов усердно трудились, не покладая рук. Вполне возможно, что через пару лет каждый желающий сможет купить 3d принтер для строительства домов на розничном рынке. Пока это всего лишь догадки.
Давайте остановимся подробнее на уже достигнутых результатах.
Дом на 3d принтере – миф или реальность?
Группе инженеров британского Университета Лафборо, работающих под руководством доктора Сунгву Лима, удалось создать уникальный цементный состав, позволяющий печатать изделия любых форм: выпуклые, краеугольные, изогнутые, кубические.
Исследователи отказались от применения технологии лазерного спекания и цифровой обработки светом. Вместо этого они вернулись к истокам 3D печати в лице несколько видоизмененной технологии послойного наплавления.
Усовершенствованная цементная формула укладывается методом экструдирования, что позволяет значительно упростить строительные работы, так как исключается необходимость в опалубке. Готовые бетонные фигуры легко поддаются корректировке и отделочным работам.
Эксперименты британских инженеров не прошли бесследно. Их идея вызвала живой интерес ученых из Южно-Калифорнийского университета. Они предложили использовать огромные машины для 3D-печати непосредственно на строительных площадках.
На данный момент в патентное бюро США был направлен проект под названием Contour Crafting, на основе которого планируется собрать огромный принтер, который сможет печатать дома в сборе: не только несущие стены, но и проводку вместе с сантехникой.
Компании, опередившие время
В шанхайской компании Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co не стали дожидаться, пока американские конструкторы соберут футуристическую машину. Вместо этого предприимчивые инженеры собрали собственный 3D-принтер WinSun, поразивший мировую общественность в первую очередь своими размерами.
Аппарат 150 метров длиной и 10 метров шириной способен всего за несколько часов напечатать здание высотой до 6 метров. 3d строительный принтер WinSun в качестве «чернил» использует цемент, усиленный стекловолокном.
Компания уже применила свое изобретение на практике. Пока речь идет про недорогое, несложное одноэтажное жилье, однако в Shanghai WinSun переполнены энтузиазмом. Тестовые образцы обошлись предприятию на 50% дешевле, чем при использовании классических методов строительства.
Справедливости ради, стоит заметить, что опытные образцы домов, несущие стены которых напечатаны с помощью принтера, появились не только в Шанхае. В США активно развивается частный проект по строительству жилых конструкций. Руководит ним молодой и амбиционный инженер Андрей Руденко.
В отличие от остальных, Андрей планирует создать принтер, который сможет печатать дома не только на подготовленной строительной площадке, но и на холмистой местности. Автор проекта уже добился значительных результатов в своих начинаниях, о чем свидетельствует данное видео:
Пока работа над основным проектом находится в самом разгаре, Руденко решил продемонстрировать общественности, на что способен принтер, собранный по его технологии.
В результате в Миннесоте появился небольшой импровизированный замок, доказывающий, что идеи Андрея имеют право на реализацию:
Дом, напечатанный на 3d принтере по доступной цене
Словенская компания BetAbram занялась серийным производством строительных принтеров. На данный момент модельный ряд продукции словенского производителя ограничен тремя моделям – P1, P2 и P3.
Стоимость бюджетной модели составит «всего» 12000 евро, в то время как флагманы линейки будут продаваться по цене от 20000 евро. Учитывая, что аппарат может печатать несущие конструкции, его стоимость полностью себя оправдывает. Но что более важно, окупает себя с лихвой.
В компании утверждают, что принтер BetAbram P1 способен напечатать бетонное здание без опалубки объемом 144 квадратных метра. Примечательно, что высота аппарата составляет чуть больше двух метров.
Специальная платформа, водруженная на регулируемые по высоте рельсы, оперативно поднимает экструдер по оси Z, в то время как размеры осей X и Y ограничены (например, для принтера P3 16 х 9 метров).
А как же насчет внутренних стен? Все, описанные выше технологии и изобретения ориентированы на строительство внешних конструкций. Но на рынке трехмерной печати нашлись компании, которые всерьез задумались над обустройством жилого пространства изнутри.
К примеру, Emerging Objects изобрели соляной полимер для печати межкомнатных перегородок, изящно зондирующих помещение. Соединив воедино строительный клей и соль, добытую в пруду Редвуд-сити, изобретатели получили недорогой, легкий, водостойкий, полупрозрачный материал.
Первым проектом Emerging Objects стал 3D-печатный дом под кодовым названием 1.0. Стены в комнатах целиком и полностью печатаются из новоизобретенного материала Saltygloo. В результате получается очень красивый, изящный и достаточно прочный дом, который станет украшением любой курортной зоны.
Рональд Раэль решил не останавливаться на достигнутом. Недавно функционер, возглавляющий Emerging Objects, сообщил, что планирует возвести дом из современных 3D-печатных материалов.
Внутренние стены, как уже говорилось, будут сделаны из Saltygloo, а наружные напечатают из Picoroco – запатентованных чернил, являющих собой цементный полимер. Стоит отметить, что все строительные элементы печатаются на промышленном оборудовании.
3d принтер и строительство домов, как взаимодополняющие элементы.
В Нидерландах решили пойти немного другим путем. Исследователи, представляющие лабораторию Sabin Design при Корнельском университете, решили, что современная промышленность не готова к печати домов целиком. Вместо этого они сосредоточили свои усилия на печати керамических кирпичей.
Ученые решили обойти традиционные трудоемкие методы строительных работ, заменив шлакоблоки, цементный раствор и физический труд с помощью изделия под названием PolyBricks.
Специалисты из Sabin Design решили отказаться от традиционных клеящих составов. Кирпичи Polybrick создавались с учетом классических столярных технологий, применяющихся строителями для скрепления между собой деревянных изделий. Другими словами, кирпичные блоки проектируются таким образом, чтобы сила тяжести соединяла между собой все детали конструкции.
Для изготовления несущих блоков использовался современный порошковый 3D-принтер ZCorp 510, который полностью оправдал свою функциональность и продемонстрировал высокое качество печати.
В итоге
Армия – двигатель современного прогресса. По крайней мере, так считают многие уважаемые ученые. Как известно, большинство уникальных технологий, которые появились в нашей жизни, были подарены «гражданским» предприятиями оборонной промышленности.
3D строительство – это тот редкий случай, когда предприятия оборонной промышленности заинтересовались исконно гражданскими разработками для военных целей.
ВМС США всерьез заинтересовались методами печати бетоном. Национальный научный фонд США при поддержке оборонных ведомств решили финансировать разработки компании Contour Crafting.
Это означает лишь одно – 3D печать в строительстве определенно нашла свое место и вполне возможно, очень скоро, строительство станет частью технологии трехмерной печати, а не наоборот!