3d принтер который может построить дом
Строим дом с помощью 3D-принтера: обзор компаний и перспективы
Строительная 3D-печать – одно из самых неоднозначных, но быстроразвивающихся направлений в области аддитивных технологий. В создании 3D-принтеров для укладки строительных смесей соревнуются инженеры со всего мира, а проекты варьируются от неказистых, возведенных на скорую руку сарайчиков до многоэтажных домов.
Сегодня мы отдадим дань наиболее известным именам в области аддитивных строительных технологий и попытаемся разобраться что же такое строительная 3D-печать, как она применяется, и чего стоит ожидать в будущем.
Contour Crafting
Одним из основателей современных технологий строительной 3D-печати считается профессор Берох Хошневис. Уроженец Ирана, Берох переехал в США и в настоящее время входит в деканат Университета Южной Калифорнии (USC), а также тесно сотрудничает с NASA. Профессору Кошневису принадлежит авторство технологии Contour Crafting, так или иначе послужившей основой для альтернативных разработок: строительная смесь наносится с помощью экструдера, установленного на подвижной портальной конструкции.
Полноценная версия технологии предусматривает полностью автоматизированный процесс, включая установку арматуры и коммуникаций во время печати с помощью роботов-манипуляторов. Работы над технологией ведутся с 1995 года, однако практических результатов мало, либо же они держатся в секрете. Дело в том, что одним из спонсоров исследований выступают ВМС США, заинтересованные в технологии автоматизированного строительства военных баз. С 2010 года наработками команды заинтересовалась и NASA, нуждающаяся в подходящей методике строительства лунных и марсианских колоний.
Кошневис же успел обвинить в краже технологий китайскую строительную компанию WinSun (см. ниже), стремительно укрепляющую позиции на коммерческом рынке.
D -Shape
Один из наиболее необычных вариантов строительной 3D-печати, разработанный итальянским инженером Энрико Дини. В отличие от конкурентных установок, 3D-принтер D-Shape не использует позиционируемый по трем осям экструдер, а полагается на целый массив из 300 сопел, закрепленный на подвижной платформе.
Рабочая площадь в текущей версии составляет 6х6 метров. Технология скорее напоминает струйную печать, а массив используется для нанесения связующего агента на слои песка. Первая модель принтера, запатентованная в 2006 году, печатала эпоксидными смолами, но такой подход вызвал немало технических трудностей и был оставлен. Новая версия, запатентованная в 2008 году, использует в качестве байндеров оксиды металлов и хлорид магния.
Теоретически технология позволяет добиваться высокой скорости печати, однако на практике возникают ограничения из-за медленного отверждения материала – для полного схватывания требуются примерно одни сутки. С другой стороны, остаточный материал выступает в роли опоры, частично снимая механическую нагрузку со свежих слоев. Хотя Дини не оставляет надежд на коммерциализацию своей технологии, самым внушительным примером практической печати пока что остается цельная скульптура под названием «Радиолярия» размером 3х3х3 метра.
«StroyBot » Андрея Руденко
Андрей Руденко по праву занимает место одного из первопроходцев строительной 3D-печати. Талантливый инженер, переехавший в Миннесоту, впервые привлек внимание проектом миниатюрного сказочного замка, изготовленного с помощью 3D-принтера собственной конструкции под названием «СтройБот».
Путь разработчика оказался тернистым, причем главные проблемы заключаются не в технологии, а вездесущей бюрократии. Столкнувшись с красной лентой в США и не питая особых иллюзий насчет российского рынка, Андрей нашел поддержку в лице Льюиса Якича – калифорнийского предпринимателя и владельца филиппинской гостиницы Lewis Grand Hotel.
Там-то Руденко и продемонстрировал возможности своей технологии в полной мере, напечатав пристройку площадью 130м² с несколькими спальнями, всеми необходимыми коммуникациями и даже джакузи (см. видео ниже).
В качестве расходного материала был использован геополимерный бетон из вулканического пепла. Проект уникален еще и тем, что гостиничное крыло стало первым в мире эксплуатируемым 3D-печатным объектом. Подробнее о наработках Андрея Руденко можно узнать в личном блоге изобретателя на 3Dtoday.
Спецавиа
Компании «Спецавиа» повезло на российском рынке в значительно большей степени. Уже несколько лет ярославское предприятие, изначально специализировавшееся на производстве ЧПУ-станков для металлообрабатывающей отрасли, конструирует строительные 3D-принтеры. На сегодняшний день ассортимент компании состоит из как минимум семи вариантов разных размеров.
Самым известным проектом с применением 3D-принтера «Спецавиа» стало возведение необычной сторожки на территории Екатеринбургского цементного завода: директор предприятия Ринат Брылин, увлекающийся 3D-печатью со студенческих лет, решил поселить охрану завода в реплике башни замка Винтерфелл из популярного телесериала «Игра Престолов». Возведение необычной постройки, напечатанной с помощью 3D-принтера S-6044 Long, завершилось в ноябре прошлого года. Сотрудничество Брылина и Спецавиа носит взаимовыгодный характер, ибо имея на руках 3D-принтер сотрудники завода могут испытывать специальные строительные смеси в деле «не отходя от кассы».
За 2016 год компания реализовала примерно три десятка строительных 3D-принтеров, а в этом году собирается продемонстрировать полномасштабные проекты: в декабре 2015 года специалисты предприятия впервые напечатали полноценное здание площадью 165 кв. метров. В ходе строительства использовались разные технологии, часть здания была напечатана прямо на площадке, а некоторые блоки печатались в цехе перед доставкой на объект и сборкой.
Несъемная опалубка была армирована во время печати. После сборки силовые элементы стен были залиты бетоном производства упомянутого выше Екатеринбургского цементного завода, а внешний контур утеплен пеногипсобетоном завода «Монолит». Согласно планам собственника отделка здания завершится летом текущего года, после чего проект будет продемонстрирован общественности.
Apis Cor
Есть у Спецавиа и интересный, многообещающий конкурент в лице иркутской компании Apis Cor. Если 3D-принтеры Спецавиа, как и большинства конкурентов, используют портальную схему, то разработка Apis Cor основана на использовании телескопического манипулятора на поворотной платформе. Другими словами, принтер возводит стены вокруг себя, а по завершении строительства переносится на другое место с помощью крана. В дизайне изначально предусмотрена высокая мобильность: компактная установка весом в шесть тонн легко умещается в грузовик.
Первой полноценной демонстрацией возможностей необычного 3D-принтера стало строительство опытного здания в Ступино, завершившееся месяц назад. Необычная округлая форма домика площадью 37 кв. метров наглядно демонстрирует архитектурную гибкость строительной 3D-печати. На возведение стен ушло менее суток, но на полное затвердевание потребовалось еще около месяца. Отметим, что проект осуществлялся в не самых благоприятных погодных условиях, ввиду чего объект пришлось возводить под тентом.
Здание оснащено теплоизоляцией и всеми необходимыми коммуникациями, но жить в нем никто не будет, ибо эта постройка предназначена сугубо для демонстрационных целей. На очереди же более крупномасштабный проект: строительство двух демонстрационных домиков в Техасе, а затем возведение эко-поселка совместно с местной строительной компанией Sunconomy.
WinSun
И наконец, самая известное отраслевое предприятие – китайская компания WinSun. В 2014 году шанхайское предприятие прославилось на весь мир возведением десяти 3D-печатных зданий всего за одни сутки. На деле все оказалось немого скромнее: небольшие «коробочки» были напечатаны блок за блоком в цехе, а затем собраны на строительной площадки без арматуры или коммуникаций, но с остеклением. Тем не менее, начало было положено. Менее чем через год китайские строители отличились уже самым масштабным проектом на текущий день, а точнее сразу двумя – 3D-печатной пятиэтажкой и симпатичным особняком площадью 1100 кв. метров.
Старания компании не прошли незамеченными: к 2016 году представители WinSun вели переговоры с властями Ирака и Саудовской Аравии по огромным контрактам. Ираку требуется построить около десяти тысяч домов взамен разрушенных в ходе войны, а саудиты заинтересовались печатью сразу полутора миллионов зданий для решения растущего жилищного кризиса. О твердых контрактах пока ничего не известно, но время от времени компания напоминает о себе, например постройкой первого 3D-печатного офисного здания в Дубае.
«Офис будущего» был построен всего за 17 дней, включая проводку коммуникаций, отделку и обустройство. Возведением здания площадью 250 кв. метров занималась бригада из восемнадцати человек, причем за принтером присматривал лишь один оператор. После завершения строительства в здании разместился офис фонда «Дубай будущего». 3D-принтер WinSun – это портальная конструкция с габаритами 36х12х6 метров, а в качестве расходных материалов используются строительные смеси с наполнителями из переработанных отходов, вероятнее всего стеклопластика.
Перспективы строительной 3D-печати
Так каким потенциалом обладают строительные аддитивные технологии? Необходимо понимать, что это не панацея, не замена традиционным строительным технологиям, а полезное дополнение. Практическая польза от строительной 3D-печати пока что сводится к изготовлению различных декоративных элементов и несъемной опалубки сложных форм: если архитектурные проекты WinSun не отличаются особой оригинальностью, то демонстрационная постройка Apis Cor в Ступино, спиральные колонны Руденко и 3D-печатные церковные купола Спецавиа наглядно демонстрируют свободу дизайна.
Вопрос с армированием и утеплением решается достаточно просто: по мере печати слоев укладывается горизонтальная арматура, после застывания 3D-печатной опалубки устанавливаются коммуникации, а внутренний объем заполняется дополнительной арматурой, утеплителем и заливается бетоном в соответствии с проектом. Внешняя же поверхность стен шлифуется и/или оштукатуривается. Как результат, достигается существенная экономия на съемной опалубке и, что самое главное, рабочей силе. Последний момент может оказать ключевое влияние на темпы развития строительной 3D-печати в разных регионах мира, ибо привлекательность подобной автоматизации прямо пропорциональна дороговизне рабочей силы.
Полностью автоматизированных технологий аддитивного строительства еще не существует, если не считать теоретических наработок Contour Crafting: заливать фундамент и устанавливать арматуру, коммуникации и перекрытия пока приходится вручную. С другой стороны, ничто не мешает переложить и эти задачи на плечи роботов. Так, инженеры из Швейцарской высшей технической школы Цюриха уже продемонстрировали робота-сварщика, способного создавать арматуру самых разных форм, голландская компания MX3D работает над проектом цельнометаллического 3D-печатного моста в Амстердаме, а австралийская компания Fastbrick Robotics проектирует роботов-укладчиков кирпичей.
3D-печатных небоскребов ждать пока не стоит. В ближайшие годы строительные аддитивные технологии будут использоваться в основном для изготовления декоративных элементов и относительно небольших дизайнерских объектов. Масштаб применения будет напрямую зависеть от стоимости материалов, рабочей силы и даже географического расположения. Например, метод спекания песка с помощью сфокусированного солнечного света вполне может оказаться привлекательным для строительства в пустынных регионах, благо что сырье валяется прямо под ногами, а источник энергии висит над головой. Эта технология, впервые опробованная польским инженером Маркусом Кайзером и получившая в отечественных кулуарах название «гелиолитография», даже рассматривается НПО имени С.А. Лавочкина в качестве технологии строительства лунных баз из реголита.
Руководитель проекта 3Dtoday Сергей Пушкин и генеральный директор девелоперской компании Capital Group Михаил Хвесько обсудили настоящее и будущее строительных технологий 3D-печати в программе «Новая Экономика» с Кириллом Токаревым на телеканале РБК.
Запись передачи можно посмотреть по этой ссылке.
Источник
Топ-6 строительных принтеров для 3D-печати домов
WinSun, Китай
Первое место в списке по праву занимает шанхайская компания Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co. Китайский строительный 3D-принтер WinSun — это солидное сооружение — 150 метров длиной, 10 метров шириной и более 6 метров высотой. WinSun способен всего за несколько часов напечатать здание высотой до 6 метров. Для печати зданий принтер WinSun использует смесь из строительных отходов, включающих стекло, сталь и цемент.
Первые десять домов компания «напечатала» в 2014 году. Каждый из них стоил немногим более £3000 (270 тыс. рублей). Постепенно технология была усовершенствована, и компания изготовила для выставки в промышленном парке в китайской провинции Цзянсу несколько разнотипных зданий, самое высокое из которых насчитывало пять этажей. Цена этих домов, начиналась от £100.000 (от 7 млн руб). Во время и после выставки компания получила несколько сотен заказов, в том числе от правительства Египта.
Возведение зданий с помощью WinSun обходится примерно на 50% дешевле, чем при использовании классических методов строительства, экономия материала достигает 60%, экономия трудозатрат — 80%!
5-этажный дом, напечатанный принтером WinSun в Шанхае.
Заказы на аренду принтеров WinSun сейчас поступают из самых разных стран — только Саудовская Аравия возьмет в лизинг 100 принтеров с планами напечатать 1.5 млн домов. Есть договоренности и с Объединенными Арабскими Эмиратами. В 2016 году здесь было сооружено строение из элементов, напечатанных в Китае на принтере WinSun
Площадь строения — 240 кв.м.
Apis Cor, США
В декабре 2016 года в Ступино Московской области был осуществлен совместный проект американского стартапа Apis Cor и шести российских компаний. С помощью разработанного компанией Apis Cor 3D-принтера был напечатан жилой дом. Российские компании взяли на себя его отделку и обустройство. Печать самонесущих стен, перегородок и ограждающих конструкций здания заняла 24 часа. После завершения печати принтер извлекли краном-манипулятором. Площадь здания составила 38 кв. м, оно напечатано с помощью аддитивной технологии, слой за слоем. Стоит упомянуть, что впервые в российской строительной практике дом печатался как единое целое, а не собирался из отпечатанных панелей.
Чтобы продемонстрировать гибкие возможности оборудования, была выбрана сравнительно сложная форма дома, а строительство велось в самое холодное время года. Оборудование для печати выдерживает морозы до -35 градусов, но применение бетонной смеси для печати возможно только при температурах не ниже +5 градусов Цельсия, поэтому строительство велось под тентом, где поддерживался необходимый температурный режим.
Принтер по-конструкции миниатюрный башенный кран, он способен печатать находясь как снаружи, так и внутри здания.
Небольшие габариты принтера позволяют не создают проблем с транспортировкой, он не требует длительной подготовки к работе. Одна из функциональностей — встроенная система автоматического выравнивания по горизонту и система стабилизации.
Стоимость строительства отпечатанного дома «под ключ» составила 593 568 рублей, или примерно 16 тысяч рублей за квадратный метр. Если бы форма здания была прямоугольной, стоимость за метр снизилась бы до 13 тысяч рублей.
Инженером-разработчиком оборудования, CEO и основателем компании Apis Cor является уроженец России, Никита Дмитриевич Чен-Юн-Тай.
Преимущества 3Dпринтера Apis Cor:
- Автоматическая система смешивания и подачи смеси.
- На установку принтера и его настройку перед работой требуется 30 мин. Предварительная подготовка площадки не нужна. Производство безотходное, на стройплощадке не остается никакого мусора.
- Свободный выбор толщины и конфигурации стен.
- Дом лучше держит тепло из-за воздушной прослойки в многокамерных стенах.
- За счет специальных добавок в бетонную смесь на дом не влияют погодные условия.
- Стоимость дома меньше, чем его аналога, создаваемого из бетона по традиционным технологиям.
- Стены можно дополнительно утеплять любыми подходящими для этого материалами.
Технические характеристики:
- Собственное программное обеспечение
- Для контроля работы и подачи материала требуется 2 человека
- Зона печати – 132 кв. м
- Материал для печати — фибробетон, или геополимер
- Габариты принтера — 4 × 1,6 × 1,5 м.
- Вес — 2 т
- Потребление энергии – 8 кВт*ч
- Максимальная высота подъема с одной точки — 3100 мм
- Производительность — 100 кв.м полезной площади в сутки
- Рабочая скорость движения — 1–10 м/мин
- Скорость холостого хода X/ Y — 20.000 мм/мин
- Точность позиционирования — ±0,5 мм
- Точность повторного позиционирования — 0,1–0,2 мм
- Привод по осям X / Y / Z — Сервопривод
- Линейные направляющие по осям X / Y — Прецизионные профильные
- Точность по оси Z — 0,1-0,2 мм
- Автоматическая стабилизация по горизонту — высокоточный инклинометр 0.0001 градус
- Реверсные выключатели — бесконтактные на всех осях
- Отслеживание местоположения печатающей головки в пространстве — гироскоп и лазерный дальномер
- Стабилизация в пространстве — ПИД регулятор
Презентация компании, .PDF
ProTo R 3Dp и RC 3Dp, CyBe Additive Industries, Нидерланды
В Нидерландах разработан 3D-принтер-манипулятор для строительства ProTo R 3Dp.
Он умеет строить различные конструкции произвольной формы из специального бетона. Разработчики — компания CyBe Additive Industries.
Прототип устройства имеет радиус действия 3,15 м и способен выдавливать цемент со скоростью 200 мм/сек. Диаметр печатающей головки — 30 мм, толщина каждого слоя цемента составляет 30 мм. К устройству можно присоединить несколько экструзионных головок, и тогда скорость печати может быть увеличена до 4000 мм/сек. В настоящее время ведётся разработка подающего механизма, способного уменьшить толщину слоя до 5 мм.
Разработчики утверждают, что с помощью R 3Dp трудозатраты и отходы на строительство могут быть уменьшены. Кроме того, затраченное на возведение постройки время будет снижено до 80% благодаря объединению проектирования, разработки и производства в единую систему.
Интерес представляет не столько сам строительный 3D-принтер, сколько используемый им для печати материал— бетонный раствор CyBe MORTAR, также разработанный CyBe Additive Industries в сотрудничестве со своим партнером. Состав бетонного раствора держится в секрете, но представители компании утверждают, что он отвердевает в течение нескольких минут. Данная особенность позволяет существенно ускорить процесс возведения стен. По словам разработчиков, при использовании данного бетона в атмосферу выбрасывается на 32% меньше углекислого газа, по сравнению с обычным бетоном, что делает материал более экологически чистым. Кроме того, бетон CyBe полностью подлежит вторичной переработке.
С помощью R 3Dp возможно создание опалубки, стен, полов и многого другого.
Сейчас компания занимается разработкой мобильного варианта 3D-принтера — RC 3Dp на гусеничном ходу. Разработчики предполагают, что с помощью данной модификации станет возможна, помимо прочего, печать высоких стен (до 4,5 м) и напорных канализационных труб.
Технические характеристики:
- Программное обеспечение CyBe ARTISAN, CyBe CHYSEL
- Материал CyBe MORTAR
- Диапазон — 2750 мм
- Скорость печати — 200 мм/с
- Расход бетона приблизительно — 1,5 кг/м / 40мм.
- Количество осей — 6
- Сеть — локальная сеть
- Сертификаты — наличие сертификата CE
- Сервис — полный сервис и образовательная поддержка. Удаленная помощь
- Для контроля работы и подачи материала требуется 2 человека
Что включено в комплект:
- Аппаратный манипулятор
- Система смесительных насосов
- Блок управления с интерфейсом
В Нидерландах с использованием решения CyBe Construction планируют соорудить небольшой конференц-центр сложной формы площадью 90 кв. м. Печать должна завершиться в июле 2017 года.
Batiprint3D, Франция
Университет Нанта (University of Nantes) совместно с Nantes Digital Sciences Laboratory (LS2N) разрабатывает проект печати домов на 3D принтере, известный как Yhnova.
Для проекта будет использоваться разработанный университетом метод Batiprint3D – 3D печать «изнутри». Два слоя полиуретана распыляются послойно в качестве ограждающих конструкции, а затем между ними заливается бетон.
Получившаяся конструкция представляет собой инверсный вариант традиционной стены.
Проект Yhnova представляет собой строительство 5-комнатного социального жилья с дугообразными стенами и скругленными углами, спроектированного архитектурной фирмой TICA. По словам разработчиков, Batiprint3D сократит время строительства, улучшит теплоизоляцию и снизит эксплуатационные расходы на строительство. Здание полностью сертифицировано.
Роботизированная рука Batiprint3D может печатать структуры высотой до 7 метров, а площадь планируемого дома — 95 кв. м.
Строительство дома в Нанте начнется в сентябре 2017 года. В случае успеха появится новый способ создания доступного социального жилья, которое можно быстро возвести на месте.
Проект является частью программы исследований и разработок под руководством Bouygues Construction. Компания Bouygues Construction поддерживает этот проект, предоставляя экспертные знания и логистику.
DCP, MIT, США
Разработкой поделилась и команда исследователей из Массачусетского технологического института (MIT). Чтобы доказать, что их прототип мобильного 3D-принтера Digital Construction Platform (DCP) эффективно работает, команда построила с его помощью круглую стену высотой 3,6 метра и диаметром 15 метров.
Стена возведена из быстро затвердевающей монтажной пены за 13 часов.
DCP представляет собой большой гидравлический кран с на гусеничном ходу. Кран обладает четырьмя степенями свободы. На его конце находится однопальцевый манипулятор с шестью степенями свободы, который при необходимости может быть заменен на ряд различных инструментов, включая пенопластовые и термопластичные экструдеры, сварочный аппарат, водяной шланг или ковш. По словам разработчиков DCP может работать с бетоном, льдом, грунтом и пенополиуретаном.
Вместо того, чтобы полагаться на ископаемые виды топлива, 36750-ти килограммовая система работает на солнечных панелях и аккумуляторных батареях.
По мнению разработчиков, такое устройство делает DCP идеально подходящим для любых строительных проектов. Устройство работает в комбинации с некоторыми другими программами 3D-печати MIT, например, с программным обеспечением Foundry и с сохраняющими свою форму материалами. Разработчики утверждают, что для печати можно будет использовать также разнообразные биоматериалы — например, сено. Однако, DCP еще не готов работать на реальных строительных площадках. Команда хочет прежде оборудовать свою систему датчиками приближения, которые повысят безопасность пользования системой, предотвратив возможность столкновений гигантского движущегося манипулятора с людьми или какими-либо предметами на стройплощадке.
BetAbram P1, P2 и P3, Словения
Словенская компания BetAbram занимается разработкой 3D-принтеров для строительства с 2012 года. На данный момент модельный ряд продукции ограничен тремя моделями – P1, P2 и P3.
Представители компании утверждают, что принтер BetAbram P1 способен напечатать бетонное здание без опалубки площадью 144 кв. м.
Модель P3:
- Габариты — 6 x 3 x 2,5 м
- Вес — 250 кг
- Потребляемая мощность — 3 кВт
Модель P2:
- Габариты — 12 x 6 x 2,5 м
- Вес — 400 кг
- Потребляемая мощность — 4 кВт
Модель P1:
- Габариты — 18 х 9 х 2,5 м
- Вес — 520 кг
- Потребляемая мощность — 4 кВт
Стоимость модели Р3 составит около €12000, в то время как модель Р1 будет продаваться по цене от €20000. Процесс производства одного принтера требует около двух месяцев.
+
Темой 3D-принтеров для строительства занимается намного больше компаний, нежели перечисленные выше. Например, с 2012 года печатью замков на 3D принтере Stroybot2 занимается и Андрей Руденко. Его 3D-принтер способен наносить слои цемента высотой 10 мм и толщиной 30 мм. По сравнению с другими «цементными» 3D-принтерами высок уровень аккуратности и точности печати. Материалом для принтера служит цементный раствор, то есть смесь цемента с песком и некоторые присадки и другие добавки в определенных пропорциях.
Пример работы 3D-принтера Stroybot2 г-на Руденко
В ролике ниже Stroybot2 печатает макет дома на Филиппинах.
В планах Андрея Руденко — 3D-печать замка Дракулы (на самом деле князь Дракула не жил в румынском замке Бран, но это уже другая история). Если получится собрать деньги на проект, то полномасштабная реплика замка появится в США, в штате Вашингтон. Принтер г-на Руденко обеспечивает возможность добавления слоев шириной от 30 мм и высотой от 10 мм, что дает высокую точность конструкции.
Екатеринбургский цементный завод в 2016 году приступил к печати двухэтажной реплики башни Винтерфелла из известного сериала «Игра престолов». Головка 3D-принтера закреплена на роботизированном манипуляторе. Принтер может печатать сооружения размерами 8 х 8 х 4 м. Не знаю, что сталось с этим проектом.
Также модульные, экологичные, напечатанные на 3D-принтере жилые дома предлагает украинская компания PassivDom. По словам представителей компании, выполненные «под ключ» дома можно распечатать за 8 часов, а их стоимость равняется $32000.
+
Печать домов на 3D-принтерах может кардинально изменить строительную отрасль — снизить цены и ускорить сооружение жилья при обеспечении хорошей сейсмоустойчивости. Особенно это касается малоэтажного и индивидуального строительства. Будем надеяться, что эта технология придет и в нашу страну, поможет строить доступное по стоимости жилье.
+ +
Источник