3D печать: будущее строительства

3D печать: будущее строительства

В 2004 году профессор Бехрох Хошневис из Университета Южной Каролины попытался создать первую 3D-печатную стену. С тех пор эта инновация революционизировалась, и теперь можно построить дом всего за 20 часов! Профессор разработал 3D-принтер FDM, установленный на роботизированной руке, который выдавливает слои бетона вместо пластика для создания 3D-модели .

Эта технология Contour Crafting продемонстрировала все качества, необходимые для использования аддитивного производства на строительных площадках: снижение затрат и потерь, более быструю скорость строительства, снижение аварий, сложные архитектурные формы и многое другое. Его открытие положило начало 3D-печати в строительстве. Тем не менее, эта отрасль остается гораздо менее используемой, чем некоторые отрасли, такие как аэронавтика или медицина.

Строительные гиганты быстро осознают потенциал 3D-технологий и их влияние на будущее строительства. Ожидается, что рынок бетонной 3D-печати в 2021 году достигнет 56,4 млн долларов, и для этого есть все основания. Все больше и больше компаний начинают работу в этом секторе для создания новых инновационных проектов. Некоторые из них более футуристичны, некоторые очень реальны в настоящее время, например , 3D-типография Apis Cor за 24 часа . 3D бетонная печать быстро развивается и опирается на различные технологии и материалы, предлагая своим пользователям множество преимуществ. Однако технология все еще находится в зачаточном состоянии и связана с существующими ограничениями.

Какие есть процессы 3D-печати в строительном секторе?

1 – Экструдеры с роботизированной рукой

Метод Contour Crafting включает нанесение строительного материала для создания крупномасштабной трехмерной модели с гладкой поверхностью. Рельсы установлены вокруг основания здания, которое будет действовать как структура для направления манипулятора. Он движется взад и вперед, чтобы выдавливать бетон, слой за слоем. Кельмы располагаются сбоку и над соплом для выравнивания экструдированных слоев и обеспечения прочности модели.

В этом процессе обычный бетон не может быть использован, так как он должен затвердеть, прежде чем вы сможете продолжить процесс. Если бы он был напечатан на 3D-принтере, он не смог бы выдержать собственный вес. Поэтому бетон используется с быстрыми свойствами схватывания.

 

Contour Crafting (компания с таким же названием, как и метод) очень осторожны в своем прогрессе. Эти машины огромны (32 м в длину, 10 м в ширину и 6,6 м в высоту). Это позволяет им печатать 3D-структуры полностью и собирать их на месте. Это делается путем смешивания бетона и стекловолокна на месте и последующей печати. Этот подвиг заставил строителей изучить аддитивное производство.

Конкурирующие компании

Различные участники рынка разработали машины, использующие различные технологии для 3D-печати бетона. Французская компания Constructions-3D создала полярный 3D-принтер, который печатает внутри строительной площадки, а затем уходит через входную дверь здания после завершения строительства. Он состоит из механического основания и роботизированной руки с насадкой для выдавливания материала на конце. Эта рука предлагает для печати площадь более 250 м² и более 8 метров в высоту.

Робот Cazza Construction использует мобильную крановую систему, позволяющую им печатать в 3D гораздо более широкой области и создавать большие и более высокие конструкции. Это показано в прошлых печатных изданиях таких компаний, как Apis Cor и XtreeE, которые быстро создают целые дома.

Другие компании специализируются на экструзии материалов, кроме бетона с помощью этой технологии. Запатентованный процесс BatiPrint 3D является ярким примером: Нантский университет, Bouygues Construction и Lafarge Holcim объединили усилия для разработки промышленного робота, который печатает 3 слоя материала одновременно. Два из этих слоев представляют собой полимерную пену, а третий слой является бетоном. Бенуа Фюре, профессор Нантского университета, объясняет, что «пена приносит внутреннюю и внешнюю изоляцию; бетон и армирование несущей конструкции».

2 – Песчаные слои связаны между собой

Итальянский архитектор Энрико Дини впервые стал обладателем титула  «человека, который печатает дома в 3D». Совсем недавно он продемонстрировал интересный процесс 3D-печати на своем 3D-принтере D-Shape. Эта машина основана на связывании порошка, что позволяет отвердить слой материала с помощью связующего. Слои песка наносятся в соответствии с желаемой толщиной до того, как печатающая головка поливает капли (связующее вещество) для затвердевания песка. Эта машина 4 х 4 метра может создавать большие конструкции размером до 6 кубометров.

3 – Металл для твердых конструкций

Голландская компания MX3D разработала уникальный метод строительства под названием WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), который позволяет 3D-печатать металлические конструкции с помощью 6-осевого робота, который вырабатывает 2 кг материала в час.

Этот робот был результатом работы сотрудничества с Air Liquide и ArcelorMittal и оснащен сварочным аппаратом и соплом для послойной сварки металлических стержней. Этот процесс также совместим с другими металлами, такими как нержавеющая сталь, бронза, алюминий и инконель. Машину можно сравнить с неким гигантским паяльником. Команда прокомментировала, что «мы объединили промышленного робота со сварочным аппаратом, чтобы превратить его в 3D-принтер, который работает с нашим собственным программным обеспечением».

Несмотря на то, что концептуализируются стартапами, эти проекты часто требуют поддержки со стороны более крупных имен в строительстве. Royal BAM Group в партнерстве с Эйндховенским технологическим университетом разработала 3D-печатный бетонный мост для велосипедистов. Кроме того, Bouygues Construction обратилась к 3D-печати для строительства домов в Лилле, Франция. Кроме того, Vinci Construction заключила партнерское соглашение с французским стартапом XtreeE для тестирования строительства сложных конструкций, а недавно шведская группа Skanska совместно с Университетом Лафборо разработала процесс 3D-печати бетона.

Зачем использовать 3D-печать в строительстве?

Во-первых, 3D-печать бетона экономит много времени. В частности, использование этих технологий потенциально сокращает двухнедельную работу до 3-4 дней. Кроме того, это снижает риск получения травмы на работе. Бенуа Фюре из Нантского университета объясняет:  «Снижение трудностей и рисков – это реальность, мы реализовали конструкции высотой 3,8 м без каких-либо строительных каркасов. Кроме того, на строительной площадке очень тихо ».

 

Его команде удалось напечатать в 3D дом площадью 95 м² и первый в 3D социальный жилой дом в городе. Бенуа говорит, что их технология BatiPrint также облегчает создание изогнутых форм при меньших затратах. Более того, поскольку 3D-принтерам не нужно ни есть, ни спать, они не перестают работать, пока проект не будет завершен. Это значительно сокращает время ожидания.

Преимущества 3D печати в строительстве

С точки зрения использования материалов, 3D-печать экономична. При аддитивных, а не вычитающих процессах используется меньше материалов, чем при традиционных производственных процессах. Это уменьшает воздействие на окружающую среду, поскольку производится меньше отходов. Ромэн Дубалле, один из соучредителей XtreeE, объясняет, что «благодаря усиленному геометрическому мастерству мы можем создавать оптимизированные формы, чтобы ограничить количество используемых материалов».

Однако до мечты о 3D-типографиях, мостах и небоскребах все еще есть предостережения . Аксель Тери из Constructions-3D объясняет, что  «основные трудности связаны с тем фактом, что процесс 3D-печати зданий сегодня не признается в качестве метода строительства многими органами кодов и стандартов. Поскольку печатные конструкции не являются традиционными, расчеты сопротивления и сопротивления во времени трудно реализовать, поэтому вначале пригодные для жилья работы должны будут проверяться в каждом отдельном случае ». Эти органы по стандартизации обеспокоены тем, структуры действительно прочные, и если они могут противостоять окружающей среде.

3D печать в космосе?

Аддитивное производство также может стать для человечества способом освоения космоса . НАСА запустило программу « Испытание среды обитания в 3D-печати », в котором рассматриваются технологии, используемые для строительства домов в космосе, например на Луне или на Марсе. Хотя амбициозно, пока рано говорить о том, является ли 3D-печать жизнеспособным решением. Однако мы можем сказать, что 3D-печать в строительстве должна стать очень реальной глобальной силой. SmarTech Publishing недавно опубликовала отчет, в котором прогнозируется, что мировые доходы в этом секторе в 2027 году составят 40 миллиардов долларов. От 10 миллионов до 40 миллиардов долларов за 10 лет просто поразительно. Поэтому нам нужно будет увидеть, как мир отреагирует на эту технологию в будущем.