3D-печать в строительстве

В строительстве технология объёмной печати реализуется следующим образом:

• Подготовка строительной площадки. На этом этапе тщательно подготавливается место для возведения будущего здания. Инженеры устанавливают специальные рельсы, по которым в дальнейшем будет перемещаться робот, отвечающий за создание строительных конструкций по заранее созданной компьютерной модели.
  
  
• Загрузка строительных материалов. На втором этапе в принтер загружаются материалы. Это могут быть геополимерные композиты, фиброволокно и бетонные смеси с различными добавками, способствующими быстрому формированию строительной конструкции. При подборе оптимального состава материалов обязательно учитывается устройство принтера и размеры его сопла.
  
  
• Создание объекта недвижимости. 3D-принтер с помощью сервопривода начинает выдавливать строительный состав на подготовленную поверхность. Благодаря этому очень быстро появляются конструкции и блоки нужной конфигурации. Места для размещения арочных, дверных и оконных проёмов могут пропускаться в соответствии с заранее составленной программой.
  
  

Для справки. Первые здания, созданные по технологии объёмной печати, появились в 2014 году. Уже через год американские ученые в Южной Калифорнии сумели создать оборудование, способное за сутки напечатать сооружение общей площадью 250 квадратных метров.

Технология объёмной печати в строительстве имеет несколько объективных преимуществ по сравнению с традиционными методами:

• Отсутствие большого количества отходов. Экологичность является одним из главных преимуществ 3D-печати, ведь перед многими странами очень остро строит проблема утилизации строительных отходов. По оценке независимых экспертов Transparency Market Research Group к 2025 объем строительного мусора может составить больше двух миллиардов тонн. Технология объёмной печати позволяет свести к минимуму его количество, так как строительная конструкция создается таким образом, чтобы полностью исключить перерасход материалов.
  
  
• Снижение потребления энергоресурсов. Используя данную технологию, можно существенно сократить расходы энергии на транспортировку и возведение различных объектов недвижимости. Кроме того, использование современных материалов, которые подбираются с учетом климатических и температурных условий, дает возможность уменьшить нагрузку для отопления или охлаждения здания в процессе его дальнейшей эксплуатации.
  
  
• Экономия времени и финансов. Новейшее оборудование для 3D-печати может работать круглосуточно и не требует привлечения большого количества работников. В результате этого не только повышается скорость проведения строительных работ, но и значительно сокращаются финансовые издержки.
  
  
• Создание зданий необычной формы. Классическая архитектура имеет целый ряд ограничений, обусловленных применением устаревших технологий создания строительных конструкций. По сути, практически каждый архитектор может использовать лишь определенное количество элементов, которые не позволяют воплотить в реальность слишком сложный и необычный дизайн. Технология объёмной печати снимает эту проблему, так как принтер можно запрограммировать практически на любую форму.
  
  
• Повышение уровня безопасности. К сожалению, строительная сфера сегодня продолжает оставаться одной из самых травмоопасных, даже не смотря на введение строгих правил безопасности. Применение современного оборудования для объёмной печати позволяет снизить количество производственных травм и смертельных случаев.
  
  

Главным недостатком объёмной печати зданий и сооружений можно назвать слишком жёсткие требования к качеству строительной смеси. Она должна обладать повышенной прочностью, пластичностью, а также сохранять определенную скорость застывания и набора прочности в температурно-влажностных условиях. Кроме того, пока не удается решить вопрос с армированием бетонных блоков, которые были отпечатаны на 3D-принтере. Ещё один очевидный минус – достаточно высокая стоимость оборудования: исследования показывают, что сегодня для того, чтобы полностью окупить хотя бы один принтер, требуется создать в среднем от пяти до десяти полноценных домов.

Принимая во внимание все финансовые, временные и экологические аспекты, можно с уверенностью сказать, что объёмная печать имеет хорошие перспективы для реализации в гражданском и промышленном строительстве. Ведь эта технология дает возможность создавать в кратчайшие сроки очень сложные формы без дополнительных усилий и без каких-либо формальных ограничений. Новейшее оборудование может быстро печатать причудливо изогнутые стены так же легко, как и прямые. При этом строительство можно выполнять из сырья, полностью изготовленного из переработанных материалов. К примеру, совсем недавно итальянская компания WASP сумела напечатать жилой дом из натуральной грязи, которая в определенных пропорциях смешивалась с отходами местного производства риса, включая измельченную солому и рисовую шелуху.

Полезная информация. В 2020 году кризис с коронавирусом серьезно ударил по строительной отрасли. Но она сумела быстро адаптироваться к новым условиях. По мнению экспертов в области экономики, мировой рынок строительной 3D-печати должен вырасти с 350 миллионов долларов в 2022 году до 11 миллиардов долларов в 2027 году.

Перечислим наиболее удачные проекты реализации объёмной печати:

• Офисное здание муниципалитета (Объединённые Арабские Эмираты). Этот проект был реализован в 2019 году компанией Apis Cor, которая специализируется на разработке и создании робототехники. Офис муниципалитета был построен при помощи новейшего принтера, находившегося непосредственно на строительной площадке. На сегодняшний день это самый большой объект недвижимости, построенный по методу объёмной печати.
  
  
• Офис будущего (Объединённые Арабские Эмираты). Несколько зданий, которые находятся на территории комплекса Emirates Towers, создавались не на строительной площадке. Все конструкции были изготовлены на огромном 3D-принтере в собственной мастерской китайской компании Winsun. На это ушло семнадцать дней. После этого они были собраны за двое суток. Еще несколько дней ушло на отделку внутреннего пространства офисных помещений.
  
  
• Комплекс жилых домов (Китайская Народная Республика). Эти здания тоже были созданы компанией Winsun. На первом этапе было разработан комплекс небольших домов. На втором этапе на 3D-принтере были быстро изготовлены все детали конструкции, которые затем собирались рабочими бригадами непосредственно на строительной площадке. Общая стоимость печати и постройки одного пятиэтажного здания обошлось всего в 161 тысячу долларов.
  
  
• Номер в отеле Lewis Grand Hotel (Филиппины). Проект дизайна гостиничного номера был разработан владельцем отеля Льюисом Якичем в тесном сотрудничестве со специалистом по 3D-печати Энтони Руденко. Совместными усилиями был создан современный принтер, который сумел напечатать всего за сто часов полноценный номер в гостинице Lewis Grand Hotel. В качестве материала был использован уникальный бетон, созданный на основе вулканического пепла.
  
  
• Двухэтажный особняк (Германия). Площадь этого дома составляет около 80 квадратных метров. Это сооружение появилось в результате сотрудничества специалистов немецкой строительной компании PERI GmbH и сотрудников архитектурно-дизайнерского бюро Mense-Korte. Особняк представляет собой уникальное сооружение с трехслойными полыми стенами, заполненными изоляционной массой. На печать одного квадратного метра стены с двойной обшивкой потребовалось всего лишь пять минут времени.
  
  
• Офисное здание (Австрия). Это офисная пристройка к существующему зданию STRABAG площадью 125 м2. На 3D-печать стен, выполненную совместно с экспертами PERI на 3D-принтере BOD2 от датского производителя COBOD, ушло всего 45 часов.
  
  

За последний год эксперты PERI в области строительной 3D-печати участвовали в работе еще и над такими проектами, как: трехэтажный жилой дом — самое большое напечатанное здание в Европе; 3D-печатный дом в Аризоне; и многоквартирный дом в Линдау, Германия.