Как построить дом 3d принтер
3D-печать в строительстве: как это работает, технологии и 3D-принтеры
Серийная 3D-печать зданий становится реальностью — с помощью строительных 3D-принтеров печатают дома в России, Китае, странах Европы, Азии и Америки. В этом обзоре мы рассказываем о наиболее перспективных отечественных и зарубежных проектах в этой области.
Содержание
Видео
Технология печати
А начнем мы с технологии. Принцип работы строительных 3D-принтеров заключается в экструзии — или выдавливании — специальной смеси, слой за слоем, по заданной трехмерной компьютерной модели.
Заранее 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 три типа устройств:
Портальные 3D-принтеры представляют собой конструкцию из рамы, трех порталов и печатающей головки. С помощью таких устройств можно печатать здания и по частям, и целиком — если они умещаются под аркой принтера.
Устройства типа «дельта» не зависят от трехмерных направляющих и могут печатать более сложные фигуры. Здесь печатающая головка подвешивается на рычагах, которые крепятся к вертикальным направляющим.
Наконец, роботизированные принтеры — это робот или группа роботов типа промышленного манипулятора, оснащенных экструдерами и управляемых компьютером.
Есть и другие методы строительной 3D-печати. Например: оборудование D-Shape печатает наслоением порошкового материала с последующим связыванием его нанесением клеящего раствора.
Материалы
Основным материалом для 3D-печати домов являются мелкозернистые смеси, которые отличаются от традиционного бетона. Каждая компания разрабатывает свою рецептуру, которая соответствует устройству принтера и его сопла, а также специфике готовых изделий.
Самые важные параметры бетона для 3D-принтера — это прочность, скорость застывания и набора прочности, пластичность. Свойства бетона регулируются составом смеси — количеством цемента и качества заполнителей, а также добавками пластификаторов.
Готовые смеси позволяют печатать элементы различной сложности и размеров — от малых архитектурных форм, типа клумб и скамеек, до целых зданий, мостов и даже небоскребов.
Принтеры
Contour Crafting
В 2009 году резиденты стартап-инкубатора “Университет Сингулярности” (Singularity University aka Singularity Education Group, осн. в 2008 в NASA Research Park, Калифорния), под руководством Берока Хошневиса (Behrokh Khoshnevis), создали проект по развитию и коммерческому применению технологии контурного построения — Contour Crafting, которая считается первой строительной технологией 3D-печати и фактически стала самой распространенной — это та самая технология, при которой цементная смесь наносится экструдером, подобно пластику при печати FDM.
Основанная Бероком Хошневисом одноименная компания развивает эту технологию 3D-печати и сотрудничает с NASA. Разработчик предлагает использовать этот метод печати для восстановления пострадавших от стихийных бедствий городов и строительства сооружений на других планетах.
Компания использует для 3D-печати зданий управляемый компьютером портальный кран с закрепленным на нем экструдером. В процессе Contour Crafting задействован быстросхватывающийся материал, который наносится краном послойно. Технические элементы, такие как арматура и коммуникации, могут быть добавлены по мере создания слоев.
АМТ
Российская компания АМТ входит в группу компаний «АМТ-СПЕЦАВИА». Сфера ее деятельности — разработка и производство строительных 3D-принтеров, продажа и сервисное обслуживание оборудования на зарубежных рынках. Ассортимент компании состоит из семи 3D-принтеров разных размеров.
Этот дом в Ярославле — самое большое здание в Европе и СНГ, построенное с применением принтеров компании AMT. Его общая площадь — 298 квадратных метров.
Apis Cor
Российская компания «Апис Кор Инжиниринг» (Apis Cor) — разработчик уникального мобильного строительного 3D-принтера, который печатает дом целиком на месте строительства.
Габаритные размеры 3D-принтера в сложенном состоянии составляют 4×1,6×1,5 м, масса — 2 тонны. Площадь зоны печати — 131 квадратный метр. Для печати зданий и сооружений больших размеров можно применять несколько синхронизированных между собой 3D-принтеров.
WINSUN
В 2014 году шанхайская компания Winsun прославилась на весь мир возведением десяти 3D-печатных зданий всего за одни сутки. На деле все оказалось немного скромнее: небольшие «коробочки» были напечатаны, блок за блоком, заранее, а затем собраны на строительной площадке, без арматуры и коммуникаций, но с остеклением.
Компания использует принтер на основе технологии FDM и один и поэтапный процесс с цементом, песком и стекловолокном. Эти материалы обеспечивают достаточную прочность стен. 3D-принтер WINSUN — это портальная конструкция с габаритами 36х12х6 метров.
D-Shape
D-Shape — один из наиболее необычных вариантов строительной 3D-печати. Устройство не использует позиционируемый по трем осям экструдер, а полагается на массив из 300 сопел, закрепленный на подвижной платформе. Размеры рабочей площадки принтера, в текущей версии — 6х6 метров.
Технология D-Shape напоминает струйную печать, совокупность сопел используется для нанесения связующего агента на слои песка.
CyBe Construction
CyBe Construction — компания из Нидерландов, применяющая 3D-печать в строительстве домов «под ключ». CyBe производит материал для печати и два строительных 3D-принтера.
Эти крупные промышленные устройства требуют участия двух операторов, но могут печатать большие строения очень быстро. К примеру, в Дубае в 2017 году компания напечатала лабораторию площадью 168 квадратных метров всего за три недели.
BatiPrint
Университет Нанта, Франция, совместно с Nantes Digital Sciences Laboratory (LS2N), работает над проектом печати домов на 3D-принтере, известном как Yhnova.
Для проекта будет использоваться разработанный университетом метод Batiprint3D — 3D-печать «изнутри». Опалубка из полиуретана печатается послойным распылением материала похожего на монтажную пену, после застывания которого заливается бетоном.
Проект Yhnova представляет собой строительство пятикомнатного социального жилья с дугообразными стенами и скругленными углами. Роботизированная рука Batiprint3D может печатать структуры высотой до 7 метров, площадь планируемого дома — 95 квадратных метров.
WASP
Итальянский производитель WASP создал крупнейший на сегодняшний день строительный 3D-принтер. Этот дельта-бот, высотой 12 и шириной 7 метров, имеет регулируемые рычаги длиной до 6 метров.
Применение принтера под названием BigDelta направлено на устранение жилищного кризиса, путем создания более дешевых домов, что особенно актуально для развивающихся стран.
Проект BigDelta — это строительная 3D-печать с использованием природных материалов. В качестве «расходников» используется прессованная солома и земля.
Заключение
Строительная 3D-печать — одно из самых перспективных направлений в области возведения всевозможных сооружений. Ее применение сулит коммерческие выгоды, основанные на меньшем количестве необходимого персонала и сокращении затрат на материалы; социальные преимущества — в связи с возможностью быстрой постройки недорогого жилья для малоимущих и пострадавших при стихийных бедствиях; репутационные бонусы — более экологичное строительство с уменьшенными энергопотреблением и количеством отходов.
Обращайтесь в Top 3D Shop для приобретения строительного 3D-печатного оборудования и рациональной интеграции аддитивных технологий в ваш бизнес-процесс — наши менеджеры и инженеры дадут исчерпывающую консультацию по применению оборудования, предложат сценарии применения, составят проектную документацию для поставки и обеспечат квалифицированный сервис.
Узнайте больше о возможностях усовершенствовать ваше производство интеграцией нового оборудования:
Источник
Строительные 3D-принтеры и наш опыт работы с ними
3D-печать в строительстве
Строительные 3D-принтеры представляют собой инженерные устройства, создающие конструктивные элементы зданий, малые архитектурные формы или целые строения послойно — так же, как любой 3D-принтер печатает объекты из пластика или другого материала.
От обычного 3D-принтера строительный отличается используемым материалом и размерами — рабочей поверхностью ему служит участок стройплощадки или цеха, а печатает он цементной смесью.
Есть и конструктивные отличия, обусловленные спецификой материала — в частности, в строительном 3D-принтере нет необходимости в нагревающем элементе. Такие аппараты позволяют быстро и без лишних сложностей печатать объекты почти любых заданных форм, для обычного серийного строительства просто невозможных, с использованием стандартных смесей.
Начало
Нам интересно любое перспективное применение 3D-принтеров, так что, как только в сети начала появляться информация о применении 3D-печати в строительстве, мы оперативно нашли занятых этим людей и договорились о сотрудничестве. Особенно приятно было узнать, что в России есть компании, основательно занимающиеся строительными 3d-принтерами, и производят очень качественный продукт.
В России пионером 3D-печати в коммерческом использовании стала фирма СпецАвиа. Её персоналом был разработан и опробован прототип строительного 3D-печатного аппарата и осуществлена пробная печать.
Мы договорились о сотрудничестве, и командировали сервисного инженера в Ярославль для обучения, где тот узнал много полезного. В программу обучения вошли, в частности:
- Краткий вводный курс по интерфейсу и функционалу управляющего софта
- Инструктаж по алгоритму работы в программе SheetCam, конвертирующей файлы в послойный формат воспринимаемый принтером
- Инструктаж по управлению принтером в программе Mach 3, непосредственно в процессе печати
- Калибровка — выставление нулевых точек в разных областях печатного поля
- Регулировка подачи бетона во время печати
- Инструктаж по эксплуатации и сервису механической части принтера
- Решение возможных неисправностей
- Подготовка рабочих смесей
Первые шаги на практике
Получив первый заказ в этой области, мы отправили нашего сотрудника к покупателю — в Казахстан, для установки первого строительного 3D-принтера S-6045 и обучения персонала заказчика работе с ним.
Перед отправкой оборудования необходимо убедиться в надежности упаковки. Транспортные компании не всегда бережно обращаются с грузами, лучше лишний раз не рисковать — в нашем случае, при перевозке лишь отошло несколько контактов, но и это стоило нервов и нескольких часов времени, о чём ниже. Если же при перевозке что-то сломается, издержки могут быть значительно серьезнее.
В первые дни командировки наш сотрудник сверял комплектность доставленного оборудования, производил замеры помещения для расчета установки, согласовывал с представителями заказчика расположение будущего принтера, вводил их в курс запланированных работ и начал установку.
Была сделана разметка под установку и высверлены отверстия в полу под стойки.
После проведения подготовительных работ и установки стоек настала очередь монтажа несущих балок. Элементы конструкции весьма увесистые и для такой работы нужно несколько человек, о чём тоже лучше договориться с заказчиком заранее, иначе неизбежны проволочки. Люди, в конце концов, нашлись и всё было сделано.
Ещё одна сложность, которая может возникнуть при установке строительного 3D-принтера — неровный пол. При отсутствии ровной плоскости качество печати вряд ли будет хорошим. Очевидный выход из этой ситуации — выравнивание пола, — на этапе установки принтера вряд ли возможен. На это просто нет времени.
Именно такой сюрприз, а именно — значительный крен пола, мы и обнаружили проведя нивелировку.
Было решено сварить рамки из стального профиля, которые компенсировали бы неровность.
Это тоже заняло некоторое время. В конце концов, был привезен необходимый профиль, должным образом нарезан и сварен.
Для установки выравнивающих рамок, смонтированные уже стойки с балками пришлось поднимать строительным краном.
Были смонтированы суппорты и подшипники для них, после чего пришла очередь портальной балки. Тут снова пригодилась помощь строительного крана, но с ним пришлось повозиться — из-за конфигурации помещения и особенностей конструкции крана, пришлось подниматься к потолку и отключать концевики, ограничивающие его, крана, подвижность. Потолок там около 15 метров.
Монтаж стрелы экструдера и управляющих ею эксцентриков занял некоторое время — сварные швы на самой стреле мешали соединению со стыковочными пазами платформы. Пришлось выравнивать с помощью болгарки.
На заключительном этапе были подтянуты все соединения, смонтирован экструдерный бункер и опциональная часть конструкции — бетономешалка.
Подключение цепей питания и управления не сразу прошло гладко. Однако, на письмо с запросом, отправленное в Ярославль, в СпецАвиа отреагировали оперативно, предоставив все необходимые рекомендации по подключению, несмотря на закончившийся уже рабочий день.
В ходе проверки выяснилось, что при транспортировке отошли контакты на одной из плат системы. После восстановления контактов всё заработало.
После подключения и проверки соединения были смонтированы пресс-масленки на все подшипники, защитные щитки эксцентриков стрелы и комплектные таблички, на чём непосредственно монтаж и завершился.
Далее — установка и настройка программного обеспечения, проверка функционала. Монтаж подложки для свисающих проводов соединяющих подвижные части — она не предусмотрена комплектом поставки, но мы идем навстречу клиентам.
Обучение персонала заказчика обращению с принтером в процессе пробного запуска.
Заказчик решил испытать смесь собственного авторства, вопреки нашим рекомендациям. Что ж, хозяин — барин. Раствор, вполне ожидаемо, пополз. Однако, сам принтер работает штатно и к нам никаких претензий нет.
В процессе обучения персонала клиента работе с программным обеспечением, мы хотели продемонстрировать работу 3D-принтера с правильной смесью, но ингредиентов для новой смеси не оказалось.
Кстати, о смесях:
Обучение персонала и сдача объекта прошли максимально позитивно. Представители заказчика остались полностью удовлетворены поставленным и установленным оборудованием и довольны сотрудничеством.
Это был полезный опыт. Мы обозначили для себя несколько граблей, на которые второй раз уже не наступим — а это сделает дальнейшую работу приятнее и эффективнее. Несомненно, строительное 3D-печатное оборудование — это очень интересная область деятельности, как в части получаемого результата, так и в том, что требует максимум изобретательности и нестандартного подхода от занимающихся ею.
Подписывайтесь на наш телеграм-канал с отборными кейсами роботизации и автоматизации со всего мира: https://tglink.ru/easy_robotics
Источник
Распечатай себе дом: изучаем возможности применения 3D-принтера в строительстве
Технологии не стоят на месте. Не так давно российские ученые объявили, что сумели распечатать на 3D-принтере искусственное сердце, то и дело попадаются сообщения, что подобный агрегат с нуля сможет создать все детали для велосипеда и даже автомобиля, но это еще не всё. Умельцы и придумщики шагнули ещё дальше, из микромира в макромир, и научились распечатывать на принтерах настоящие дома. Нет, не макеты, полноразмерные жилища для людей. Сегодня редакция Homius.ru решила поподробнее изучить этот вопрос и рассказать, насколько интересна для россиян будет такая технология и насколько практично будет распечатать себе новый дом. Кроме того, в этом обзоре рассмотрим иные возможности применения 3D-принтера в строительстве.
Это не макет и не фрагмент научной программы, а реальная строительная площадка
Что такое строительный 3Д-принтер и зачем он нужен
Если говорить совсем упрощенно, то строительный 3D-принтер — это своего рода гибрид бетономешалки и руки-манипулятора, рисующего по заданному алгоритму чертеж. По сути, вместо чернил у него бетон, а вместо бумаги – реальная строительная площадка.
Из сопла с определенной скоростью подается строительная смесь, которая равномерно, слоями распределяется по периметру возводимой конструкции
Конструкция может быть как большой, к примеру, окружностью, так и ограниченной в пространстве, к примеру, стеной определённой ширины и длины.
К сведению! Новатором использования специального принтера для печати домов и строительных конструкции считается профессор Университета Южной Калифорнии Берох Хошневис. Он запатентовал технологию Contour Crafting, а именно – использования специального экструдера на подвижной платформе, с помощью которого и наносятся слои цементной смеси.
Интересно, что прародителем идеи самовозводимых с помощью роботов-манипуляторов домов считается не один человек, а целая группа специалистов NASA еще в 1995 году, когда в Америке активно развивалась идея покорения малоизученных участков не только нашей планеты, но и космоса. Считалось, что роботы смогут подготовить плацдарм для переселения и комфортного проживания представителем земной цивилизации в другие, менее обжитые уголки Вселенной.
Как работает строительный 3Д-принтер
Так называемая аддитивная технология строительства (от англ. Add- добавлять, наращивать) практически не имеет ограничений в использовании(кроме как законами физики). На 3D-принтере можно печатать как отдельные элементы конструкции: стены, перекрытия, другие элементы, так и цельные дома.
Интересный факт! В России впервые дом, полностью напечатанный на 3D-принтере, был возведен в 2016 году компанией ApisCor в городе Ступино. Интересно, что дом возводился целиком, т.е. печатался от потолка до крыши без перерыва. Весь процесс занял 24 часа чистого времени. До этого дня печатались только отдельные панели.
По сути, процесс работ повторяет обычное строительство. Сначала создается проект, затем возводится фундамент, в этом случае, чаще всего, он кирпичный. Процесс компьютерного моделирования в строительстве подобных сооружений – важнейшая часть. Ведь все этапы возведения дома возложены на искусственный интеллект.
По сути, основная часть принтера, кроме электронной начинки, – это стрела экструдера и управляющие ею эксцентрики, которые и двигаются по платформе в заданном радиусе или по прямой. Собственно, монтаж базы, или основания принтера как раз зависит от параметров здания и его конфигурации. Дома могут иметь разную форму и габариты, соответственно и формат машин, создающих их, совершенно разный.
Важное дополнение. В строительном принтере нет необходимости использовать нагревающий элемент. Бетонная смесь подается напрямую из бетономешалки, с помощью специальных насосных систем. Такие машины позволяют идеально ровно выполнить кладку, а в некоторых случаях оставить отверстия под арматурные элементы.
Виды 3Д-принтеров для строительства дома
Как мы уже замечали выше, тип 3D-принтера напрямую зависит от типа и модификации здания. Которое он возводит. От этого зависит и размер самого принтера, объем бетономешалки, а также сопла, который подает строительную смесь.
Впервые дома по данной технологии стали массово возводить в Шанхае. Одна из первых 3D-машин, поразившей своими размахами и размером стал принтер WinSun. Длина рабочей зоны составляла 150 метров, а ширина 10. Такой принтер способен за несколько дней напечатать здание высотой 6 метров.
Интересно, что в качестве технологической изюминки китайские инженеры использовали специальное стекловолокно, которое, с одной стороны, удешевляло строительные работы, а с другой – делало бетонную смесь менее теплопроводной. Тестовые образцы позволили компании сэкономить половину бюджета на возведение дома по новой технологии.
Европейские же инженеры, к примеру, голландские предпочитают печатать не собственно дома, а строительные материалы, с помощью которых эти дома можно возводить, считая (в чем-то справедливо), что более качественно работа будет сделана всё-таки человеческими руками и головой.
Достоинства и недостатки применения 3D-принтера в строительстве
Главным плюсом, о котором говорили все разработчики, называется то, что процесс возведения жилья удешевляется, а скорость возведения объектов увеличивается. Однако, до сих пор непонятно, будет ли использоваться человеческий труд, хотя бы в качестве дополняющего элемента.
С помощью точного расчета можно создавать идеальные опорные и несущие конструкции под определённую местность, идеально точно следовать метражу помещения по проекту, а главное – создать идеально ровные стены. Кроме того, с помощью 3D-печати можно создать идеально ровный фундамент, причем достаточно быстро.
Среди главных, но существенных минусов – это большие энергозатраты и необходимость обслуживания оборудования. Кроме того, каким бы ни было совершенным оборудование, полный цикл работ оно охватить не сможет.
Ведущие производители принтеров для 3D-печати домов
В России пока немногие компании решились освоить такую технологию строительства. Ещё меньше занимаются серийным производством такого оборудования. Всё-таки, пока это штучный товар. Однако, всё же можно назвать одну из них, которая уже прочно заняла лидирующие позиции в этой области. Это фирма СпецАвиа. Её персоналом был разработан и опробован прототип строительного 3D-печатного аппарата и осуществлена пробная печать.
Кроме того, на рынке можно встретить образцы словенской компании BetAbram. Она занялась серийным производством строительных принтеров. Сейчас в линейке компании несколько вариантов конструкций или моделей принтеров. Их стоимость варьируется от 12 000 евро за станок до 20000 евро. Вероятно, что затраты себя оправдают.
Внешне принтер похож на обычную платформу, двигающуюся по рельсам. Они регулируются по высоте.
А как же насчет внутренних стен? Интересно, что и тут строительный 3D-принтер тоже может выручить. Просто сырье для возведения внутренних перегородок отличается.
Специальный полимер на основе клея и соли, высыхая, создает ажурную конструкцию, которая про прочности не уступает цементной, однако, она значительно легче. Материал не боится влаги, его можно использовать для возведения перегородок.
Примеры домов, построенных с применением 3D-печати
Ещё раз, давайте полюбуемся на причудливые строения, созданные искусственным интеллектом. Вполне вероятно, что подобные строения прочно войдут в нашу жизнь. А также посмотрим, как работают самые трудолюбивые каменщики в мире.
А если у вас идеи, как можно использовать 3D-печать в строительстве, расскажите об этом другим читателям нашего онлайн журнала Homius.ru.
Предыдущая
Новинки рынкаИзысканно и шикарно: как использовать обожженное дерево в интерьере
Следующая
Новинки рынкаКрепче стали: почему выгодно использовать стеклопластиковую арматуру вместо традиционной
ВОЗМОЖНО ВАМ ТАКЖЕ БУДЕТ ИНТЕРЕСНО:
Источник