Применение принтеров 3D— печати в строительстве в настоящее время ограничено радом причин. Среди них масса технических проблем, но основная — отсутствие нормативной и законодательной базы для такого рода строительства.
Именно отсутствие нормативов мешают взять на вооружение 3D оборудование крупным строительным компаниям, рассматривающим концепцию строительной печати именно для многоэтажного и массового строительства. Нерешённые проблемы применения строительной 3D печати сводят на нет возможность применения её в поточной застройке.
Однако вполне реальным на этом фоне выглядит возможность малоэтажного индивидуального строительства, строительства летних домов, гаражей, всевозможных беседок, ландшафтных построек, прудов, детских городков, бассейнов. Понятно, что всё это удел средних и малых предпринимателей, имеющих возможность быстро и гибко работать с потенциальным , но ещё пока, увы, не массовым заказчиком.
Отсутствие на рынке оборудования для строительной 3D печати объясняется прежде всего сравнительно высокой стоимостью его для этого сегмента предпринимателей.
Проблемы 3Д печати — УСАДКА / КОРОБЛЕНИЕ / ЛИКВАЦИЯ — Материаловедение часть 1. @Stella_iter
Кроме того даже небольшой принтер формата 4 х 6 метров, предназначенный для печати элементов зданий, предметов ландшафтного дизайна высотой до 3 метров – уже довольно внушительная конструкция, требующая ещё и достаточно большого помещения. Кроме места для установки самого 3D – принтера требуется предусмотреть участок подготовки бетонной смеси и её подачи в печатающую головку, участок предварительной сушки, складские помещения и участок погрузки.
Кстати говоря, применение принтеров для печати не целиковых зданий, а их составляющих в условиях производства позволяет исключить сезонность строительства, т.е. печатать отдельные части зданий, выдерживая их в складских помещениях до набора прочности бетона и только затем собирая их в целое здание на строительной площадке.
Строительный 3D – принтер S – 6043 позволяет печатать элементы зданий размером до 5 х 3,2 метра, высотой до 2,8 метра составами на основе цемента с добавлением фиброволокна и коалиновыми смесями при температуре окружающего воздуха в помещении от +5 до + 30 градусов по Цельсию.
Применение коалиновых смесей для печати печей, каминов, мангалов, барбекюшниц и прочих огнеупорных изделий специфично и узкопрофильно, кроме этого процесс требует наличие печей для предварительного обжига. Однако сам процесс печати ничем не отличается от печати например предметов садового интерьера цементными составами.
Более широкое применение может найти цементная смесь с фиброволокном. Что такое цемент и инертные наполнители знают не только профессиональные строители. Что такое фиброволокно для бетона – поясним : это волокна из базальта, стали или полипропилена. Добавление фибры в бетон позволяет достичь сразу нескольких целей:
— армирование бетона, вплоть до полной замены армокаркаса на фиброволокно, обеспечивая тем самым жёсткость и прочность конструкции, уменьшая её вес и снижая расходы на создание армокаркаса;
Решение проблем 3Д печать. Настройка 3Д печати.
— увеличение устойчивости изделий к изгибу при длительном воздействии высоких температур. При нагреве бетона вплоть до 1100°С фиброволокна повышают устойчивость бетонных элементов к раскалыванию;
— повышение пластичности цементных растворов, что особенно важно для равномерной подачи смеси через печатающую головку строительного принтера;
— уменьшение удельного веса смеси, позволяющее нанесение большего количества слоёв при печати;
— повышение износостойкости бетонных изделий, при полном застывании бетона вплоть до 30%.
— защищенность от внешнего воздействия влаги и агрессивных веществ. Капилляры, образующиеся в процессе дегидрации бетона заполняются фиброволокном, не позволяющим проникать в бетон влаге из вне.
Несомненно к самым важным свойствам фиброволокна для процесса строительной печати являются его лёгкость и увеличение пластических свойств цементной смеси.
Применение фиброволокон при печати на строительном 3D – принтере S – 6043 быстротвердеющими цементными составами позволяет получить толщину укладываемого слоя до10 мм при ширине до 30 мм. При этом подвижность смеси в печатающей головке сохраняется в течении часа. Малое время сохранения подвижности смеси позволяет печатать элементы сравнительно большой высоты без промежуточного подсушивания. Однако, лабораторные испытания контрольных образцов показали, что прочность таких составов относительно не велика: при сжатии в возрасте 28 суток 1,6 МПа, а прочность на растяжение при изгибе чуть менее 1 МПа. Кроме этого, быстротвердеющие смеси не годятся для изделий, эксплуатируемых вне помещений.
Больший интерес представляют высокопрочные смеси с модифицирующими и минеральными добавками позволяющими получить высокопрочные водостойкие и трещиностойкие изделия. Применение таких составов для печати элементов зданий обеспечивает достаточную несущую способность, морозостойкость и сопротивление паропроницаемости. Лабораторные испытания напечатанных контрольных образцов из высокопрочных смесей показали, что прочность при сжатии в возрасте 28 суток достигает 10 МПа, а прочность на растяжение при изгибе 3,5 МПа. При этом морозостойкость обеспечивается на уровне 35-40 циклов. Гидроскопичность изделий лежит в пределах 10%.
Подвижность высокопрочных смесей применяемых для 3D — печати сохраняется сравнительно долго — до 2-4 часов. Это качество является недостатком для печати высоких элементов. Для достижения несущей способности слоёв приходится периодически подсушивать изделие, что увеличивает время печати.
Отдельно стоит поговорить о армировании печатаемых изделий. Совершенно понятно, что применение металлической арматуры в привычном понимании при печати на строительном 3D – принтере вызывает трудности; вручную требует опять же, извините за тавтологию, ручного труда, автоматизировано – сложных и дорогостоящих роботов. Частично эта проблема решается применением вышеописанного фиброволокна, частично путём привычного армирования в технологические пустоты стен при сборке зданий с последующей заливкой бетоном. Не исключается возможность горизонтального армирования – укладки арматуры или плоских армокаркасов между слоями изделий в процессе печати.
Применение строительных 3D – принтеров S – 4040 и S – 6043 для печати целых зданий на открытых строительных площадках непосредственно на фундамент возможно, но ограничено размерами рабочей зоны. Однако, учитывая возможную стеснённость строительной площадки, это может являться преимуществом. Переставляется принтер S – 6043 в течении 1-2 часов.
Для печати зданий целиком больше подходит принтер S – 1160 с рабочим полем 10 х 7 метров. Принтер позволяет печатать здания и сооружения высотой до 5,5 метров. Соответственно при одной разовой перестановке принтера можно напечатать дом площадью более 120 метров в одном этаже.
Общий подход к моделированию описан нами в статье СТРОИТЕЛЬНЫЕ 3D — ПРИНТЕРЫ. Моделирование на станках серии S.
Источник: specavia.pro
Проблемы 3д печати в строительстве
Аннотация
Рассматриваются вопросы в России, автоматизация строительства за счет современных технологий, проводится сравнение с традиционными методами, в том числе экономическая целесообразность.
Abstract
The problems of 3D-printing in Russia, building automation due to modern technology, a comparison with the traditional methods, including economic feasibility.
Библиографическая ссылка на статью:
Шувалов Н.Е. Целесообразность 3D печати в малоэтажном строительстве // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 11 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2016/11/73646 (дата обращения: 17.09.2022).
Строительство быстро развивается и уже очень сильно отличается от того, что было 10 лет назад. Строительный рынок предоставляет множество вариантов несущих конструкций. Трудно выбрать наиболее выгодный и надежный вариант, так как, каждый день технологии совершенствуются, появляются новые и сложно определить, что найдет свое применение в строительстве. Один из таких частных случаев – 3D печать.
3D печать имеет свои преимущества: скорость производства работ, минимизация труда, автономность, большой выбор материалов, печать сложных форм.
Использует различные материалы для «печати», они поступают с помощью насоса и наносятся на поверхность. В зависимости от материала, конечной продукции передаются те или иные свойства (рис.1).
Принтер собирается на строительной площадке, некоторые модели можно установить и настроить всего за 30 минут.
Рис. 1. Строительный принтер
Для наглядного сравнения эффективности применения принтера рассчитаем стоимость строительства тремя способами.
Схема-образец представляет собой здание высотой 3м, длиной 9м и шириной 9м, толщину стен принимаем равной 0,3м. Рассматриваются только стены. Таким образом, общий объем стен – 41м3. Площадь внутренних поверхностей – 90м2. Площадь внешней поверхности стен – 108 м2. (Рис.2)
Рис. 2. Вид здания
Данная схема используется для всех 3 вариантов строительства:
- Монолит.
- Несъемная опалубка «Velox».
- Несъемная опалубка с использованием строительного 3D принтера.
Сравнение производится по параметрам трудозатрат и общей стоимости возведения.
Исходя из информации ООО “Спецавиа” о своем 3D принтере S-1160 [1], произвели расчет стоимости установки несъемной опалубки и трудозатрат, представленный в таблице 1.
Таблица 1. Расчет трудозатрат и стоимости установка несъемной опалубки 3D принтера S-1160
Источник: web.snauka.ru
XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2021
В данной статье рассматривается технология 3D печати, рассмотрено применение 3D печати в области строительства, рассмотрен принцип работы строительных 3D-принтеров, выделены и определены преимущества и недостатки развития технологии.
Ключевые слова: 3D принтер, 3D печать,3 D строительство.
This article discusses 3D printing technology, we considered the use of 3D printing in the field of construction, the principle of operation of the construction of 3D printers, defined and identified the advantages and disadvantages of technology.
Keywords: 3D printer, 3D printing, 3D construction.
Мы живем в невероятное время – в годы, когда инновации в технологиях происходят на наших глазах, и то, что еще вчера казалось сказкой, сегодня уже является реальностью.
Развитие и внедрение инноваций имеют неоднозначный характер и означают, что мы пока не имеем представления, как в дальнейшем будут развиваться эти технологии. Условие их сложности и взаимодействия по всем факторам предполагает ответственность всего мира за их работу.
Общество должно иметь представление о том, как информационные технологии и инновации меняют и могут изменить нашу жизнь. Также информационные преобразуют экономическую, социальную, культурную и гуманитарную среду нашего обитания.
Термин 3D появился в нашей жизни за последние десятилетия и прочно закрепился в ней. Сначала люди ассоциировали его с фотографиями или фильмами, но теперь 3D печать используется постоянно и активно.
3D печать – это процесс создания физического объекта посредством его послойной печати с цифрового 3D-рисунка или модели. Эта технология имеет широкий спектр применений, от масштабных (ветровые установки) до самых малых (медицинские импланты). Сегодня ее использование ограничено машинной, космической и медицинской отраслями.
Главное отличие 3D принтера от любого другого промышленного робота в способе создания продукции. В частности, строительный 3D принтер имеет сопло или экструдер и выдавливает из него быстротвердеющую рабочую смесь. Поверхность, на которой создается объемное изделие, называется рабочей зоной и имеет размеры, задаваемые величиной хода сопла. Причем опалубки не требуется. То есть, строительная машина объемной печати декларируется как самодостаточный механизм, способный, при подключении электроэнергии, буквально на голом месте создать готовое здание.
Использование 3D принтеров в строительстве началось с изготовления изделий различных форм. Но конструкция аппарата не обладала необходимыми требованиями для возведения целого здания. Поэтому со временем конструкция 3D принтера была усовершенствована, и стали создаваться действительно поражающие аппараты.
Примером может являться 3D-принтер WinSun от шанхайской компании Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co. Аппарат длинной 150 метров и шириной 10 метров был способен напечатать дом высотой до 6 метров. С его помощью возможно возведение небольших, простых по конструкции одноэтажных зданий. Полученные сооружения обходились на 50% дешевле по сравнению с обычными методами строительства.
Рис.1. Внешний вид 3d-принтера
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.
Технология 3D-печати в строительстве, несомненно, является инновационной и весьма перспективной. Но стоит отметить некоторые минусы этой технологии:
Отсутствие нормативной и законодательной базы для строительства зданий с помощью 3D-принтера ограничивает его применение для массовой застройки, поэтому крупные строительные компании не приобретают строительные принтеры [2].
Поэтому на данный момент 3D-принтер применяется для строительства малоэтажного и малогабаритного индивидуального строительства, а также для архитектурных макетов.
Высокая стоимость 3D-принтера и необходимого оборудования
Для строительства с помощью 3D-принтера необходимо ровная площадка, а также непрерывный контроль для обеспечения высокой точности печати.
Так как размеры принтера не безграничны, следовательно размеры строящихся зданий также ограничены.
Требования к составу бетонной смеси достаточно высокие, так как конструкция стены должна соответствовать условиям прочности и жесткости.
Несмотря на недостатки, использование 3D-технологий в строительстве имеет также и преимущества:
печать сложной внутренней структуры
малое количество отходов производства
низкая стоимость 3D-принтеров
относительная простота в использовании.
относительно невысокая стоимость зданий и сооружений;
минимизация использования ручного труда;
повышение безопасности труда рабочих.
Кроме того, ученые уже работают над технологией 4D, которая создаст новейшие технологии продуктов, способных реагировать на изменения окружающей среды, включая температуру и влажность. Эта технология может использоваться в производстве одежды и обуви посуды, также медицинских продуктов, например имплантов, способных адаптироваться к организму человека.
Увлечение 3D-технологией подобно лихорадке захватывает мир. С каждым годом появляется все больше новых моделей, расширяется область применения этой техники. Трехмерная печать стала активно использоваться во всех отраслях промышленности. Наверное, совсем скоро наличием в доме 3D-принтера никого не удивишь. Это устройство, как обычный холодильник или телевизор, станет доступным и необходимым.
3D-печать очень стремительно врывается в различные сферы нашей жизни. Трёхмерные принтеры становятся всё доступнее, и находят всё более новые и новые применения.
Список использованных источников
История 3D-печати [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://3dmf.ru/wiki/istoriya-3d-pechati.html
Петренева О.В., Пикулева В.О., Юшманов А.В. Проблемы внедрения инновационных технологий и материалов в строительстве // Строительство и архитектура. Опыт и современные технологии. – 2015. – No 5-2.
Кулебякин А.А. Новые технологии. Развитие 3D-печати: перспективы и последствия // Молодеж. науч.-техн. вестник. – 2015. – No 3. – С. 48.
Источник: scienceforum.ru