Введение
Строительная сфера – одна из важнейших отраслей в мире, она играет решающую роль в развитии и росте городов. Как и в любой отрасли возникают проблемы, связанные с нехваткой квалифицированных кадров, экологические проблемы и быстрорастущие затраты. На сегодняшний день 3D-печать способна решить многие из этих проблем, благодаря своему стремительному росту и развитию.
3D-печать в строительстве (3DCP) относится к различным технологиям, использующим 3D-печать в качестве основного метода для создания зданий, сооружений или строительных элементов. Альтернативные названия этого процесса — «аддитивное строительство». 3D-печать представляет собой процесс создания трехмерных объектов путем последовательного наслаивания специального материала.
3D-печать меняет подход к возведению зданий, позволяя реализовать сложные архитектурные идеи и создавать уникальные конструкции, которые не под силу традиционным технологиям строительства.
Преимущества 3D-печати в строительстве
3D-печать в строительстве имеет ряд несомненных преимуществ, стоит отметить более значимые:
- Снижение затрат. Неоднократно упоминалось, что в процессе 3D-печати снижается потребность в большом количестве трудовых ресурсов, сокращается количество используемых материалов, соответственно, уменьшатся отходы производства.
- Сокращение рабочего процесса. Использование аддитивных технологий в строительстве позволяет обходиться без предварительных заготовок, быстро и точно определить нужное количество материала и приступить к выполнению печати.
- Вариативность и индивидуализация изделий. Для изготовления разных вариантов изделия достаточно внести небольшие изменения в 3D-модель. Это очень удобно, когда в сжатые сроки нужно усовершенствовать изделие или представить несколько вариантов. Также это хорошо для изготовления единичных деталей. 3D-печать значительно облегчила работу конструкторов: больше не нужно ждать пока по схеме будут создавать изделие несколько дней, работа займет несколько часов.
- Изготовление деталей высокой сложности. С помощью традиционных методов вроде литья не всегда можно изготовить детали со сложной геометрической формой. Но на 3D-принтерах можно вырастить практически любую модель, где каждый изгиб и угол будет в точности соответствовать компьютерному эскизу.
Технологические аспекты 3D-печати
Для выполнения 3D-печати применяются специализированные принтеры. Принцип работы строительных 3D-принтеров заключается в экструзии — или выдавливании — специальной смеси, слой за слоем, по заданной трехмерной компьютерной модели. Предварительно подготовленная смесь, состоящая из цемента, наполнителя, пластификатора и других добавок, загружается в бункер устройства и оттуда подается к головке принтера. Смесь наносится на поверхность площадки или предыдущие напечатанные слои.
По такому принципу работает большинство строительных 3D-принтеров. Среди них различают несколько типов устройств:
- Портальные 3D-принтеры представляют собой конструкцию из рамы, трех порталов, перемещающихся при помощи двигателей и печатающей головки, двигающейся по осям XиY. С помощью таких устройств можно печатать здания и по частям, и целиком — если они умещаются под аркой принтера.
- Роботизированные принтеры — это робот или группа роботов типа промышленного манипулятора, оснащенных экструдерами и управляемых компьютером. Чаще всего данные принтеры устанавливаются в центре возводимого объекта и печатают при помощи «руки-манипулятора»
Примеры успешных проектов
Несмотря на то, что строительная 3D-печать является новой технологией, можно перечислить уже немало примеров 3D-печатных сооружений.
В 2014 году компания WINSUN (Yingchuang Building Technique (Shanghai) Co.,Ltd.) представила десять 3D-печатных зданий всего за одни сутки. Здания расположены в промышленном парке в китайской провинции Цзянсу. Компания использовала принтер на основе технологии FDM и один и тот же поэтапный процесс с цементом, песком и стекловолокном. Эти материалы обеспечивают достаточную прочность стен. 3D-принтер WINSUN – это портальная конструкция с габаритами 36х12х6 метров.
Еще одним достойным внимания объектом компании WINSUN является первый трехмерный печатный «офис будущего» в Дубае. Площадь здания составляет около 250 кв. м. Здание находится в центре города недалеко от Дубайского международного финансового центра. По словам создателей, затраты на возведения «офиса будущего» на 50% меньше традиционного способа строительства.
В России строительная 3D-печать также активно развивается. Одним из напечатанных в 2024 году проектов является здание общественно-культурного центра «Мелля». Здание возведено компанией 3Д Арт по заказу ПАО «Татнефть». Данный объект является прорывом в строительной 3D-печати благодаря своей масштабности. Здание имеет высоту более 9, 5 метров, было задействовано 3 принтера российского производителя АМТ.
Проблемы и вызовы
В то время как 3D-печать предлагает многочисленные преимущества, она также сталкивается с такими проблемами, как высокие начальные затраты на инвестиции, ограниченная доступность материалов и необходимость квалифицированных операторов и техников. Кроме того, соответствие нормативным и строительным кодексам может быть сложным для новых строительных технологий.
Будущее 3D-печати в строительстве
Несмотря на проблемы, будущее строительной 3D-печати имеет большие перспективы. Технология стремительно развивается и с каждым годом ее востребованность растет. Строительная 3D-печать может в корне изменить представление о строительстве благодаря неоспоримым преимуществам, недоступным традиционным методам строительства.
По данным отчета ResearchAndMarket, мировой рынок строительной 3D-печати в 2022 году оценивался в 354.3 млн долларов США, и, по прогнозам, достигнет 11068.1 млн долларов США к 2027 году, увеличившись на 99,04%.
