Все о 3Д строительстве

  Оценок 13
30 апреля 2021
6779
Время чтения 22 минуты
Прочитать позже

Отправим материал на почту

политика конфиденциальности
Все о 3Д строительстве
Содержание

Использование компьютерных технологий позволяет создавать трёхмерные объекты различных типов. 3Д-печать активно используется для строительства домов. Такой способ возведения зданий имеет важные преимущества, позволяя выполнять работы практически любого уровня сложности. Эта технология на первый взгляд может показаться необычной. Для того, чтобы её объективно оценить, достаточно узнать больше об особенностях использования трёхмерных принтеров в строительстве.

История объёмной печати

Впервые 3D принтер был использован в начале восьмидесятых годов прошлого века. Профессор Хидео Кодама разработал первую систему трёхмерной печати на основании затвердевающих фотополимеров, созданных на основе акрила.

В 1984 году американец Чарльз Хилл изобрёл стереолитографию, которую считают прямой предшественницей объёмной печати. При этом затвердевание происходило с помощью облучения конструкции ультрафиолетовым лазером. Результатом печатного процесса было пластиковое изделие. Форма создавалась на основе заранее подготовленного объёмного чертежа.

Технология была запатентована в 1986 году. Чарльз Хилл основал компанию 3D Systems, которая сохранила лидирующие позиции до сих пор. В дальнейшем появились технологии лазерного спекания и моделирование с применением наплавления. Последний способ используется в современных 3Д принтерах наиболее часто.

Процесс строительства при помощи 3Д печати
Процесс строительства дома при помощи 3Д печати
Источник datchikidoma.ru

Как происходит 3Д возведение зданий

В соответствии с заранее подготовленным чертежом последовательно наносятся слои специального материала. Для строительства зданий обычно применяется цементная смесь. Её наносят слоями, после этого она затвердевает. Для здания могут использоваться составы с различными добавками.

Существует также строительство при помощи сухих материалов. В этом случае наносят слои порошка и укрепляют конструкцию. После этого смачивают её средством для отвердения.

Здание, построенное с помошщью 3Д принтера
Используя технологию 3Д печати можно строить здания, имеющие сложную форму
Источник habr.com

Для работы используются трёхмерные чертежи, созданные в специализированных приложениях. Применяются разнообразные способы перемещения сопел, через которые подаётся рабочий состав. Они зависят от типа используемого принтера.

Смесь загружается в бункер. Она содержит в своём составе цемент, пластификатор, наполнитель и другие компоненты. Под давлением она подаётся к головке принтера. Через неё состав выдавливается в точно определённых местах в соответствии с чертежом.

Для возведения зданий применяется бетонная смесь, отличающаяся от той, которая используется при стандартных способах строительства. Одной из её особенностей является мелкозернистость. Обычно смесь для работы производители таких принтеров изготавливают по собственным рецептам.

Напечатанное здание
Так выглядит напечатанное здание
Источник datchikidoma.ru
Читайте также:
Как строится каркасный дом: основные этапы строительства

Плюсы и минусы 3Д строительства

Применяя такой метод возведения зданий, можно воспользоваться следующими преимуществами:

  • Существенное ускорение строительства происходит без дополнительного увеличения стоимости. Всего за несколько часов таким способом можно возвести конструкцию высотой 6 метров.
  • С помощью строительного 3Д принтера можно в точности скопировать типовую конструкцию здания.
  • Выполнение работ происходит в автоматическом режиме. При этом ручной труд может потребоваться, но его объём намного меньше, чем при применении традиционных методов. Он необходим для возведения крыши, отделки и прокладки коммуникаций.
  • Постройка дома методом объёмной печати вместе с проведением отделочных работ и прокладкой коммуникаций необходимо не больше средств, чем для возведения здания из бруса. Существует тенденция к понижению стоимости таких работ.
  • При таком методе работы нет необходимости делать опалубку для бетона.
  • Сложность создаваемых геометрических форм не отражается на скорости проведения работ. Принтер просто выполняет те действия, которые определены используемым чертежом.
  • Применение 3Д принтера не создаёт проблем, связанных со строительным мусором.
  • Результат работы будет в точности таким, как планировалось. Принтер не устаёт и не делает ошибок, что позволяет быть уверенным в качестве выполненной работы.
  • Экономия будет тем больше, чем шире используется 3Д строительство.
  • Таким образом удобно делать малые архитектурные объекты.

У такого метода строительства имеются такие недостатки:

  • 3Д печать не может использоваться для строительства некоторых частей здания. Например, это относится к возведению крыши.
  • Использование печати домов ограничено климатическими условиями. Процесс строительства возможен только при условии, что температура воздуха опускается не ниже +15 градусов.
  • Сейчас отсутствует опыт возведения многоэтажных зданий. До сих пор 3Д строительство применялось для создания небольших строений. Энтузиасты такого подхода утверждают, что с помощью таких принтеров можно строить объекты практически любого масштаба и сложности, но в реальности это не проверено.
  • Первое здание было построенное таким образом, было создано в 2013 году. Поэтому опыт такого строительства не позволяет судить о том, к чему приведёт долговременная эксплуатация.
  • Высокая стоимость используемого оборудование.
  • Действие принтера ограничено той площадкой, на которой он установлен.

Строительство 3Д зданий в РФ не регламентировано законодательством. Препятствием к расширению сфер применение является отсутствие стандартов проведения таких работ.

Как устроен принтер для трёхмерной печати

Это устройство должно содержать такие элементы:

  • Печатающая головка или экструдер. Он обладает системой для захвата нужного количества поступающего материала. Затем происходит его разогрев и выдавливание на месте с указанными координатами.
  • Рабочая поверхность, на которой формируется создаваемая форма. В строительных принтерах эту роль выполняет участок земли, на котором строят дом. Все манипуляции производятся на территории, ограниченной возможностями устройства.
  • Линейный и шаговый двигатели перемещают головку принтера на точно определённое места в соответствии с используемой цифровой моделью.
  • Фиксаторы представляют собой датчики, которые определяют точные координаты, соответствующие положению интрудера. Благодаря их применению, строительная смесь располагается в точности там, где необходимо.
  • Рама является основой, на которой установлены все элементы 3Д принтера.

Большинство таких устройств работает с чертежами, сделанными в формате STL.

Читайте также:
Что нам стоит дом построить? — жильё для неисправимых романтиков

Различные типы устройств для строительной печати

Наиболее часто используются портальные принтеры. Для этого строится П-образная рама, которая передвигается вдоль всей строящейся модели. Гноловка принтера подвешена на её верхней перекладине. Таким образом производится перемещение по осям X или Y. Высота экструдера может меняться, что обеспечивает нужное позиционирование по оси Z.

Портальное устройство
Портальное устройство для печати
Источник datchikidoma.ru

Перемещение в дельтовидном принтере выполняется в соответствии с другим принципом. Здесь рама выстроена вдоль края рабочей площадки, располагаясь по её периметру. Головка принтера подвешена на нескольких тросах, позволяя создавать сложные геометрические фигуры.

Дельтовидный принтер
Дельтовидный строительный принтер
Источник datchikidoma.ru

Роботизированные управляют головкой принтера при помощи промышленных манипуляторов. Они обычно установлены на неподвижной башне, которая имеет возможность вращаться.

Роботизированный принтер
Роботизированный принтер для 3Д печати
Источник datchikidoma.ru

Система D-Shape работает с другим способом затвердения смеси. Здесь не используется раствор, а применяется специальный порошок. Его укладывают, а после этого уплотняют. Затем экструдер подаёт вещество, которое способствует затвердению материала.

Принтер, использующий технологию D-shape
Принтер, который использует технологию D-Shape
Источник datchikidoma.ru

Сферы применения строительства при помощи печати

С их помощью можно быстро и недорого возводить дома, имеющие один или два этажа. 3Д печать даёт возможность построить большое количество низкобюджетных зданий за короткое время. Это может быть востребовано, например, для обустройства тех, кто пострадал от стихийных бедствий и потерял своё жильё.

Таким образом выгодно строить небольшие строения разного рода. Это, например, могут быть объекты паркового дизайна (скамейки, столы, декоративные уменьшенные модели зданий). Объёмная печать эффективна при возведении сооружений вспомогательного или хозяйственного назначения (гаражей, сараев и других).

Примеры напечатанных зданий

Строительство с применением 3Д принтеров постепенно становится всё более популярным. В мире есть большое количество компаний, производящих такие промышленные устройство. Далее будет рассказано об наиболее известных домах, созданных таким образом.

Дом, похожий на замок

Ярославское предприятие АМТ «Спецавиа» при помощи 3Д печати создало дом для охранников Екатеринбургского цементного завода. Оно напоминает замок Winterfell из сериала «Игра престолов». Дом имеет площадь 165 кв. метров. Он был создан в 2015 году.

Часть здания была построена с помощью принтера, расположенного на площадке. Некоторые строительные узлы были напечатаны отдельно, а затем привезены и установлены на своё место.

Дом, напоминающий замок
Дом, похожий на замок
Источник vektorus.ru

Здание в Ступино

Иркутская компания Apis Cor строит с помощью трёхмерного принтера, установленного на поворотной башне с телескопическим держателем. Такая конструкция позволяет создавать дома, имеющие сложную форму. Дом в Ступино был создан для демонстрационных целей. Компания выполняла строительные работы в Дубае, построив дом аналогичной конфигурации площадью 540 кв. метров. На возведение постройки потребовалось 500 часов.

Дом, построенный в Ступино компанией Apis Cor
Дом, построенный в Ступино компанией Apis Cor при помощи 3Д печати
Источник vektorus.ru
Читайте также:
Строительство каменных домов: виды и особенности применяемых материалов

Дома для населения

3Д строительство активно применяется для создания для малоимущих слоёв населения. Больших успехов в этой сфере добилась китайская фирма Winsun. В 2014 году компания создала 10 домов за 10 суток. Они имели площадь, равную 200 кв. метров каждый и были сделаны из экологических материалов. Конструкция домов получилась примитивной, но их можно было использовать в качестве жилья. Стоимость каждого из них составляла 4800 долларов.

В 2015 году компания выстроили особняк площадью 1100 кв. метров. Сначала были напечатаны отдельные блоки, потом с их помощью было построено здание. Затраты стройматериалов были в три раза меньше, чем при выполнении строительства обычным образом.

Дом, созданный компанией Winsun
Социальный дом, созданный компанией Winsun
Источник vektorus.ru

Строительство в Дубае

Клиенты из Объединённых Арабских Эмиратов воспользовались услугами голландской компании CyBe Construction, для массового строительства домов с применением 3Д принтера. В 2019 году они планировали, чтобы четверть вновь построенных до 2025 домов была сделана с помощью рассматриваемой технологии.

Скорость работы строительного принтера этой компании составляет 60 см в секунду. С такой быстротой, например, было построено офисное здание в Дубаи. При этом все несущие конструкции создаются в течение одного часа. Принтер также позволяет сделать полы и опалубку.

Дом, созданный CyBe Construction
Дом, построенный CyBe Construction
Источник vektorus.ru

Дома, построены по оригинальной технологии

Фирма D-Shape использует оригинальную технологию строительства. Производственный процесс построен на основе стереолитографии. При этом применяется сухой состав, который уплотняют, а затем обрабатывают отвердителем. Стены, сделанные таким образом, по внешнему виду напоминают мрамор. По прочности и долговечности они превосходят железобетон.

При использовании такого способа для затвердения требуется 24 часа. С 2012 года эта компания объявила, что готова строить двухэтажные дома, с лестницами, крышами, колоннами и трубами для коммуникаций. Компания считает своей задач строительство домов оригинальной формы, имеющих достаточную прочность, чтобы не бояться ураганов и землетрясений.

Yhnova House

В Нанте в 2017 году был распечатан дом Yhnova House. В нём имеется 5 комнат, имеющих общую площадь 95 кв. метров. Здание имеет высокую энергоэффективность. В качестве манипулятора была использована рука робота, точность движении которого обеспечивалась с помощью лазера. При постройке не применялись леса. Это здание было создано в рамках социального проекта. 

Дом Yhnova House
Жилой дом Yhnova House
Источник vektorus.ru
Читайте также:
Каркасные дома для постоянного проживания: особенности и преимущества технологии, этапы строительства, проекты и цены

Заключение

Создание домов при помощи 3Д принтера всё больше перестаёт быть чем-то фантастическим и становится одним из распространённых способов постройки зданий. Оно имеет много важных преимуществ, которые позволяют рассчитывать на рост популярности применения строительных 3Д принтеров.

  Оценок 13
Прочитать позже

Отправим материал на почту

политика конфиденциальности
А как считаете Вы?

Комментарии

    Отзывов нет. Будьте первым!