Инновации в строительстве: 3D-печать зданий

Что такое 3D-печать в строительстве?

3D-печать в строительстве — это технология, позволяющая создавать здания и элементы конструкций с помощью специальных 3D-принтеров. Эти принтеры поэтапно наносят строительные материалы, такие как бетон, слой за слоем, формируя готовое изделия. С их помощью можно возводить конструкции прямо на строительной площадке или создавать определенные элементы здания перед дальнейшей сборкой. Данная технология появилась в 80-х годах, но только за последнее десятилетие достигла совершенства. Она позволяет снижать затраты, ускорять процесс строительства и создавать сложные геометрические формы.

Как 3D-печать зданий может помочь строительным компаниям?

3D-печать зданий имеет ряд преимуществ для строительных компаний:

1. Безотходное строительство. Строительные работы создают много мусора и загрязняют воздух. 3D-печать поможет сократить количество мусора практически до нуля и не загрязнять воздух во время строительства.

2. Снижение затрат и экономия времени. Строительные проекты могут быть завершены намного раньше и требовать меньше материальных вложений.

3. Прорыв в дизайне. Возможность создавать сложные архитектурные формы.

4. Повышение безопасности. Использование данной технологии позволит существенно снизить количество производственных травм и несчастных случаев.

5. Автоматизация. Уменьшение зависимости от ручного труда.

3D-печать в гражданском строительстве

За последнее десятилетие 3D-печать набирает популярность в гражданском строительстве. Всё больше компаний исследуют и внедряют эту технологию для эффективного строительства. Данная технология помогает решать проблемы жилищного строительства в условиях роста городов и создавать смелые дизайнерские решения. Применение включает в себя печать домов, мостов и элементов интерьера. Данная технология позволяет создавать инновационные архитектурные конструкции и выводить строительство городов на новый уровень.

Инновации в 3D-печати зданий

В 2020 году компания Apis Cor представила усовершенствованную версию 3D-принтера для строительства домов по технологии «базового строительства». Этот принтер может создавать 50-60 квадратных метров за день. Это значительно сокращает время на строительство. Аппарат был разработан в США и способен строить дома за рекордно короткие сроки. Печать домов с помощью данной технологии успешно прошла испытания и использовалась в нескольких проектах.

В 2020 году компании Zaha Hadid и ICON представили совместный проект по созданию первой 3D-печатной квартиры. В проекте успешно реализовали уникальные творческие идеи, и это благодаря 3D-печати. Он был реализован в городе Остин, Техас, США. Этот проект служит примером того, что можно создавать жилые помещения напечатанные полностью на 3D-принтере.

Для 3D-печати квартиры использовался специальный бетон Lavacrete, который обладает высокой прочностью и долговечностью. 3D-принтер Vulc создавал квартиру печатая слой за слоем стены и другие элементы квартиры. Принтер регулировали для создания разнообразных архитектурных форм. Например, в этом проекте были закруглённые углы и плавные формы стен. Их создание стало возможным благодаря современной 3D-печати.

В 2021 году компания 3D Printht создала первый, полностью напечатанный 3D-дом. В этом проекте использовалась технология прямой 3D-печати, позволяющей создавать конструкции с высокой степенью оптимизации использования материалов. Дом был построен без использования традиционных методов строительства и имеет всё необходимое. Проект был реализован в Дании и продемонстрировал возможности 3D-печати на месте. Проект получил внимание местных и международных медиа.

В 2022 году компания Vertico создала в Нидерландах высокую башню из бетона напечатаную 3D-принтером. Башня является самой высокой конструкцией созданной с помощью 3D-печати. Этот проект продемонстрировал весь потенциал технологии.

В 2021 году французкая компания XtreeE напечатала мост с использованием специального бетонного композита обладающего высокой прочностью и экологичностью. Проект был реализован в Париже и стал первым в мире напечатанным полностью функциональным мостом. Благодаря инновационному подходу к 3D-печати мост был построен за считанные недели, тогда как традиционные методы строительства могли затянуть строительство на месяцы.

Компания использовала уникальную бетонную смесь, содержащую добавки, которые улучшают текучесть, прочность и адгезию. Эти добавки позволяют материалу сохранять свою форму после нанесения и обеспечивают надёжное сцепление между слоями. Процесс печати осуществлялся послойно, что позволяло создавать сложные геометрические формы моста. В процессе печати обеспечивался контроль температуры и времени высыхания. Это помогло достичь высокой прочности и надёжности моста.

В 2022 году компания LUTZON разработала технологию 3D-печати, которая позволяет создавать модульные конструкции, такие как автобусные остановки, павильоны и другие небольшие объекты. Эти конструкции изготавливают из экологичных материалов, что положительно влияет на окружающую среду. Основные проекты реализованы в Испании, особенно в городе Барселона. Тестирование показало, что новая технология позволяет быстрее возводить данные конструкции и экономить ресурсы. Эта инновация позволяет решить проблемы городской инфраструктуры быстро и экономично.

Печать этих объектов начиналась с создания цифровой модели объекта с помощью CAD (Computer-Aided Design) которая будет использоваться для печати. Затем компания LITZON подбирает различные композитные материалы адаптированные под 3D-печать. Затем начинается процесс 3D-печати с использованием специальных принтеров, которые последовательно накладывают материал слой за слоем, создавая нужный объект. LUTZON применяет технологии FDM (Fd Deposition Modeling) и D-Shape. Во время и завершения процесса проводится проверка которая включает в себя испытания на прочность, устойчивость и другие характеристики.

Инновации 2024

В начале 2024 года компания ICON представила новый 3D-принтер под названием Vulc 2. Уникальность этого принтера заключается в его способности печатать более крупные и сложные конструкции за рекордное время. Он использует специальный бетонный материал, который обеспечивает высокую прочность зданий. Первое строительство домов с помощью Vulc 2 началось в нескольких американских городах, таких как Остин и Сан-Антонио. Данный проект может произвести революцию в строительстве жилых конструкций.

Vulc 2 использует технологии адаптивной печати, что позволяет принтеру изменить свои параметры в зависимости от сложности и деталей проекта. Он оснащён системой варьирующей скорость печати и подачу материала. Это обеспечивает более точное и эффективное создание сложных элементов. В отличии от традиционного бетона, компания ICON разработала уникальную пасту включающую в себя переработанные компоненты. Этот материал более надёжный и экологичный. Принтер осуществляет печать слоями, и может возводить стены в “одно движение”, что значительно ускоряет строительство. Весь процесс контролируется с помощью программного обеспечения, которое позволяет создать высокую точность на всех этапах строительства. Vulc 2 делает строительство качественее, быстрее, экологичнее и экономнее.

В 2024 году компания 3DCP (3D Concrete Printing) протестировала в Сингапуре новую методику 3D-печати с использованием умных технологий, которые позволяют создавать модульные здания. Эта технология основывается на автоматизации процессови минимизации отходов.

Минусы 3D-печати зданий

Даже такая крутая технология имеет свои недостатки. Основные минусы 3D-печати зданий:

1. Значительные инвестиции в оборудование, материалы и исследование технологии.

2. Ограниченный выбор материалов. Не все строительные материалы подходят для 3D-печати, что ограничивает возможность постройки здания с использованием разных материалов.

3. Нехватка квалифицированных работников. 3D-печать требует специальных навыков и знаний для успешного выполнения работ. Специалистов обладающих данными навыками очень мало, что препятствует широкому внедрению 3D-печати в строительный сектор.

4. Отсутствие стандартов и правил. В разных странах и регионах отсутствуют общепринятые нормы для 3D-печати, что усложняет процесс строительства.

5. Ограниченные масштабы. Не все проекты могут быть реализованы с помощью 3D-печати из-за размеров и сложности конструкции.

Заключение

Несмотря на все минусы, 3D-печать имеет большое будущее в строительстве. Она сокращает затраты и время на строительство, минимизирует отходы и лучше влияет на экологию. Ожидается дальнейшее развитие технологий 3D-печати зданий, которые сделают её более распространённой и универсальной для различных конструкций.