Особенности технологии при возведении строительных объектов
Преимущества и недостатки объемной печати в строительстве
Особенности устройства принтера
Для каких типов объектов используют технологию?
Где применяют технологию?
Некоторые образцы напечатанных сооружений
Компьютерные технологии все активнее применяют в строительстве. Способы, которые раньше показались бы фантастическими, становятся реальностью, получая все большее распространение. Один из таких методов – печать домов на 3D принтерах, особенности которой рассмотрены в предлагаемом обзоре.
Немного истории
Впервые 3D печать домов применили в восьмидесятых годах двадцатого века. Первая система объемной распечатки строительных объектов разработана японским профессором Хидео Кодамой. Для этого ученый использовал акриловые фотополимеры, затвердевающие на открытом воздухе.
Немногим ранее американским исследователем Чарльзом Хиллом изобретена стерелитография, которая послужила теоретической базой для современной технологии. При первоначальном способе для затвердевания массу облучали лазером в ультрафиолетовом диапазоне спектра, с созданием пластиковых деталей. Форму делали по подготовленному трехмерному чертежу.
Ищете качественные строительные материалы по адекватным ценам для загородного дома? Получите промокод на скидку от завода-производителя и воспользуйтесь им в процессе стойки дома. Получить скидку на строительные материалы »
Патент на технологию оформлен в 1986 году. Позже разработали метод спекания лазером и создание моделей наплавкой.
Особенности технологии при возведении строительных объектов
Технология 3D печати домов предполагает послойное нанесение специального состава, согласно разработанному чертежу. Обычно используют бетонную смесь на цементной основе. После затвердевания очередного слоя, наносят следующий. В состав вводят добавки для достижения заданных свойств.
Альтернативный способ предусматривает применение сухих порошков, после засыпки которых вводят жидкость для затвердения. Чертежи объектов разрабатывают в компьютерных программах, чтобы заранее просчитать конфигурацию несущих и вспомогательных элементов.
Смесь подают через сопла, перемещаемые по заданной траектории, в зависимости от особенностей и характеристик применяемого оборудования.
Состав загружается в специальную емкость, откуда поступает к форсунке сопла печатающего устройства. Смесь составлена из цемента, пластифицирующей добавки, наполнителя и прочих компонентов. Раствор выдавливают в необходимых количествах через головку устройства, в соответствии с разработанной схемой.
Состав смеси применяемой в данной ситуации отличается от обычного бетона, используемого в традиционном строительстве. Учитывая специфику оборудования, применяют мелкодисперсный раствор. Обычно изготовители оборудования разрабатывают смесь по собственной рецептуре для своих устройств.
Преимущества и недостатки объемной печати в строительстве
3D печать домов из специального бетона характеризуется такими преимуществами:
сокращенным сроком сдачи объекта без возрастания цены – сооружение высотой в шесть метров можно распечатать за несколько часов;
возможностью точного копирования типовых проектов, поскольку строение получают в соответствии с подготовленным чертежом;
полной автоматизацией строительства, при котором участие человека сведено к минимуму, что снижает трудоемкость работ; необходимость ручного труда сохраняется, но его доля очень небольшая, учитывая общие объемы; строителей приходится привлекать для монтажа кровельных конструкций, отделки, оформления строения, монтажа энергетических коммуникаций;
низкой ценой, сопоставимой со строительством жилого объекта каркасным способом; по мере совершенствования технологий накладные расходы сокращаются;
отсутствием необходимости монтажа опалубки для бетонной смеси, которая очень быстро застывает;
возможностью быстрого строительства сооружений со сложной геометрией, ведь принтер укладывает смесь по схеме, указанной в чертеже;
точным соблюдением условий проекта – исключены отклонения, поскольку техника не ошибается при укладке раствора;
возрастанием экономии по мере роста популярности технологии;
удобством применения для строительства объектов малых архитектурных форм.
Но не стоит оценивать наличие некоторых недостатков технологии:
невозможности применения для отдельных конструктивных элементов – кровли, обшивки фасадов и пр.;
ограничений по условиям климата – печатать жилой объект можно, если воздух на улице прогрет не ниже +15 градусов;
отсутствия опыта возведения многоэтажных комплексов – метод недостаточно отработан, чтобы распечатывать масштабные сооружения;
недостаточной базы для адекватной оценки эксплуатационных качеств и надежности возводимых объектов, поскольку первое сооружение этим способом построено в 2013 году;
дороговизны применяемого оборудования;
необходимостью установки печатающего устройства на конкретной площадке, вне которой его использование невозможно.
Дополнительную сложность печати домов на 3D принтере в России обусловлено отсутствием стандартов, регламентирующих применение технологии. Соответствующая документация еще не разработана, что ограничивает распространение метода, ввиду того, что не установлены единые нормативы.
Особенности устройства принтера
Установка, применяемая при технологии объемной печати жилых объектов, состоит из следующих конструктивных элементов:
печатающей головки (экструдера) – включает систему для дозирования подаваемого раствора; смесь разогревается и выдавливается в заданные места по отмеченным чертежом координатам;
рабочей поверхности, служащей основанием для заливаемой формы; в строительном оборудовании этим полем деятельности служит рабочий участок, где строится здание; возможные действия оборудования ограничены этой площадкой;
линейного и шагового двигателя, чтобы перемещать головку по определенной условиями проекта траектории;
фиксаторов – контрольные приборы, фиксирующие точные координаты для позиционирования исполнительного органа; эти элементы определяют движение головки, для нанесения раствора по заданным точкам.
Конструктивные части печатающего устройства смонтированы на жесткой раме. Для работы этого оборудования чаще используют файлы формата STL. Особенности конструкции, условия печати домов на 3D принтере можно увидеть на видео, чтобы получить наглядное представление об этой методике.
Для каких типов объектов используют технологию?
Для объемной печати чаще применяют установки портального типа. Основу конструкции составляет П-образный каркас, передвигающийся вдоль всей площади строения. Навесные конструктивные элементы подвешены к верхней поперечине рамы. Это обеспечивает движение рабочего органа в горизонтальной плоскости, в точном соответствии с заданными координатами. Печатающую головку можно опускать и поднимать, что определяет положение по вертикали.
Для выбора подходящего подрядчика, который досконально разбирается в вопросах строительных норм и правил малоэтажного домостроения воспользуйтесь поиском в каталоге Building Companion. В профиле каждой компании указана необходимая информация, портфолио, отзывы, можно разместить запрос на оценку стоимости услуги. Найти компанию по генподряду и стройнадзору »
В дельтовидном устройстве реализован несколько иной принцип. В данном случае каркас сооружен по периметру строительного объекта. Экструдер подвешен на тросах наподобие камеры-паука над футбольным полем. Эта компоновка не ограничивает возможности принтера для передвижения по сложной трехмерной траектории.
В роботизированном принтере головка размещена на конце стрелы, которая установлена на вертикальной колонне, снабженной механизмом вращения. Перемещение экструдера обеспечивает выдвижное исполнение манипулятора. Этим оборудованием можно строить объекты вокруг центральной оси.
В системе D-Shape смесь затвердевает другим способом. Здесь предусмотрено использование не пластичного раствора, а сухого порошка, уплотняемого после укладки. Чтобы смесь затвердела, после укладки и уплотнения вводят специальный компонент.
Где применяют технологию?
Технология объемной печати удобна для возведения локальных объектов небольшой этажности. Этим методом можно оперативно и дешево строить частные жилые строения. Это особенно актуально для организации государственной поддержки семей, потерявших жилье в связи с экстремальными ситуациями, после наводнения, землетрясения, других природных явлений.
Кроме зданий, методика применима для малых архитектурных форм, для распечатки беседок, скамеек, других изделий. Способ эффективен для возведения хозяйственных построек – гаражных боксов, сараев, мастерских и пр.
Некоторые образцы напечатанных сооружений
Примеры 3D печати домов, в том числе и в России, наглядно подтверждают, что этот метод получил право на существование. Вот некоторые из образцов строительных объектов, возведенных данным способом:
замок, напоминающий Винтерфел из популярного сериала «Игра престолов», построенный компанией АМТ «Спецавиа» из Ярославля по заказу цементного завода в Екатеринбурга, в качестве жилья для персонала охранной службы; этот объект площадью в 150 квадратных метров возведен в 2015 году; здание частично распечатали непосредственно на строительной площадке, некоторые конструктивы – дополнительно, с последующей доставкой и монтажом;
дом в Ступино – этот объект создан иркутской фирмой Аpis Cor, с использованием роботизированного принтера на центральной колонне; сооружение построено с целью демонстрации возможностей метода; на сооружение строения площадью 540 квадратов потребовалось 62 с половиной рабочих смены;
жилые дома компании Winsun – эта фирма из Китая успешно строит частные объекты по типовым проектам; каждое строение занимает площадь 200 квадратов, при цене 4 800 долларов; в 2014 году в десятидневный срок было распечатано десять таких зданий, а годом позже – массивный особняк, сделанный из отдельных элементов, собранных на строительной площадке после распечатки.
Объемная печать строительных объектов – технология, доказавшая конкурентоспособность. Этот метод не стоит относить к далекому будущему, ввиду активного применения в условиях современного общества. А создание стандартов, доработка способа для увеличения масштабов распечатываемых сооружений не заставят долго ждать.
В статье использованы фотографии с сайтаhttps://s-stroit.ru.