Оглядова стаття по 3D будівельними технологіями

Технології 3D-друку завойовують світ і це справжня науково-технічна революція, яка відбувається на наших очах. Дивлячись на швидкість втілення в повсякденне життя ідей, ще недавно фантастичних, таких, як виготовлення способом об'ємної друку протезів кистей рук людини, вже не тільки футурологи, а й фахівці впевнено кажуть про прийдешні значних змінах в житті людського суспільства. І якщо в деяких галузях народного господарства практична застосовність 3D-друку вже не викликає сумнівів, це медицина, машинобудування, радіотехніка та електроніка, то в такої вагомої галузі як будівництво, роботи об'ємної друку виглядають дорогими іграшками. Чи здатні 3д принтери на справжню роботу в будівництві?
 
Як відомо, головна відмінність 3D-принтера від будь-якого іншого промислового робота в способі створення продукції. Зокрема, будівельний 3D-принтер має сопло або екструдер і видавлює з нього швидкотвердіючу робочу суміш. Поверхня, на якій створюється об'ємний виріб, називається робочою зоною і має розміри, що задаються величиною ходу сопла. Причому опалубки не потрібно. Тобто, будівельна машина об'ємної друку декларується як самодостатній механізм, здатний, при підключенні електроенергії, буквально на голому місці створити готову будівлю.
 
Відомо про три способи створення об'ємної конструкції:
1. Пошарове ектрудірованіе вузький робочої суміші.
У цьому випадку з робочого «сопла» видавлюється, подібно зубній пасті з тюбика, сметанообразная суміш бетону з добавками.
 
 image
 
Першим зробив публічну презентацію про подібної технології в будівництві, по видимому, професор Барух Кошневіц з Південно-Каліфорнійського Університету (University of Southern California) в серпні 2012 року. Його ж група висунула концепт гігантського, збираного на місці будівництва принтера за типом мостового крана.
 
Група вчених під керівництвом доктора Сунгву Ліма з британського Університету Лафборо (Loughborough University), надрукували першу в світі порожнисту панель з подвійними закругленими контурами.
 
 image
 
На такому ж принципі побудовані 3D-принтери китайської компанії Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co, яка першою надрукувала серію справжніх будинків на початку 2014 року.
 
2. Метод спікання / селективне спікання.
При цій технології в робочій зоні 3Д машини відбувається розплавлення робочої суміші, причому плавлення досягається, стосовно до будівництва, сконцентрованим лазером або сонячним променем, а робочою сумішшю виступає звичайний пісок. Відомо, на момент написання статті, про єдиний існуючому зразку подібного пристрою винахідника Маркуса Кайзера, студента королівського Коледжу мистецтв (Royal College of Art).
 
 image
 
3. Метод напилення / компонентної склейки (стереолитография)
Відомий, зокрема, робочий зразок групи Каталонського Інституту передової архітектури (IAAC) (група Петра Новикова) під назвою Stone Spray Robot, а так само система D-Shape, розроблена Енріко Діні (Monolite UK, (приватна компанія)) для будівництва будівель. При цьому з робочого сопла виходить струмінь піску, яка тут же змішується з клеїть складом / каталізатором, утворюючи обсяг у програмно заданій точці.
 
 imageimage
 
Методи спікання і напилення, витончені по ідеї задумки, оскільки використовується сонячна енергія, екологічно нешкідливі (принаймні, поки піску на планеті багато), на рух піщаних цівок можна дивитися годинами і вироби виходять дуже незвичних форм. Що ж, вже зараз цілком можливо спорудити таким способом малі архітектурні форми, квіткарку, наприклад, або собачу будку. Поки ж складно навіть уявити, яким буде одержуваний експлуатаційний ефект при створенні справжнього, нехай і невеликого, будиночка з розплавленого і перетворився на склоподібну масу піску.
 
З перерахованих способів формування обсягу, увагу будівельників приваблює в першу чергу, метод пошарового пресування багато в чому тому, що вже зараз створені достатньо великі несучі поверхні і навіть справжні будинки.
 
І якщо Європейські архітектори демонструють насамперед, естетичну та екологічну спрямованість, то Китайці в своїх розробках гранично прагматичні.
 
 image
 
Багатьох романтиків 3D відверто разачарован серія простих і грубувато виглядаючих будиночків китайської фірми. Тим часом, не береться до уваги, що ці прямокутні простацькі споруди є ланкою чітко позначеної технологічного ланцюжка.
 
Планується масово побудувати фабрики з переробки будівельних відходів та сміття, отриманий матеріал буде використовуватися при підготовці робочої суміші для 3Д принтера. Враховуючи великі досягнення Китаю в галузі біоенергетики, а саме поширеність вітрових, сонячних і біоелектростанцій, можна припустити, що на звалищах будівельного сміття будуть встановлені гігантські подрібнювачі будівельного сміття, що живляться електроенергією від найближчої біоелектростанціі.
 
Побудовані з запатентованого матеріалу (що представляє собою суміш будівельного сміття, бетону і добавок), будинки, сегментируются в класі недорогого бистровозводімого житла. Цим і пояснюється їх непоказний вигляд.
 
Якщо говорити про технології 3D-будівництва. то я б поставив на перше місце аж ніяк не сам 3D-апарат. Будівельний принтер є ланкою нової технології, причому не самим, можливо, технічно складним.
 
Адже конструкція будівельної робота достатньо відпрацьована. а будинків поки — тільки китайська серія. Вже існують у багатьох примірниках два види конструкцій-у вигляді козлового крана і у вигляді стріли-маніпулятора.
 
Набагато більше запитань викликають складу робочої суміші та концептуальні архітектурні форми. Взагалі, при складанні робочого запитальника по темі з ходу утворилося понад 30 пунктів, відповідь на деякі з них, за жартівливим зауваженням інженера Зотова, вимагає написання пристойною монографії. Група Зотова вже розробила складу робочої суміші і 3D-принтер в варіанті «мостового крана».
Так само, цікаву концепцію, засновану на ідеї подачі робочої суміші під високим тиском у 3D-принтер, що має досить витончену бруківку конструкцію, запропонував промисловий дизайнер Себастьян Бернар.
 
 imageimage
 
Подача густого бетону під високим тиском, переводить технологію об'ємної друку в досить реальні рамки. Далі, ведуться розробки матеріалів спеціально під застосування даної технології. У Росії відомі дослідження в Пензі, на кафедрі ТБКіВ Пензенського Гуасу розробляються нові види бетонів. Нові високоміцні реакційно порошкові бетони (РПБ) цілком підходять для будівельних роботів.
 
Для вибудовування технологічного процесу, крім робочої суміші, важливим моментом є архітектура самої будівлі та групи будівель як єдиного будівельного об'єкта. Найперспективнішим напрямком для Росії, по видимому, є будівництво селища з двоповерхових таунхаусів арочних форм. Приблизно таких, як куполоподібний будинок архітектора Гребньова.
 
 image
 
Формат арочного будинку в два поверхи дозволить використовувати порівняно невеликі і недорогі 3D-принтери, вирішить проблему перекриттів і дозволить будувати, дійсно, швидко, масово і недорого. І красиво. У масштабі селища, можна буде використовувати і мостові принтери, так як рейковий шлях (не обов'язково з металевих рейок) буде переміщатися по мірі просування будівництва.
Багато питань викликає безпосередньо технологія будівництва. По перше, як на міцність конструкції будуть впливати шви, що йдуть через кожні три-п'ять сантиметрів. По друге, існуючий (з відомих) процес укладання арматури досить спірне. Китайці армують стеклопластиковой сіткою. Принаймні, вона видно на відеозапису процесу.
 
 imageimage
 
Є думка про застосовність фибробетона і можливо, такий купол в один-два поверхи витримає сертифікаційну процедуру. Пропонується так само з'єднувати арматуру на штівтах, згвинчувати та ін Звичайно, поки це обхідні заходи. Можливо, проблема онлайн-армування буде вирішена застосуванням двох роботів відразу: один монтує арматуру, другий укладає суміш. Ситуація автоматизації спрощується тим, що опалубка відсутній як «клас».
 
З монтажем інженерних систем в плані вентиляції, каналізації та опалення справа вирішується простіше. 3Д принтери — це роботи з досить точної повторюваністю операцій і стикування елементів труб в заданій послідовності цілком здійсненна. Природно, промисловим дизайнерам доведеться поламати голову над новими конструкціями елементів інженерних систем.
 
В цілому, більшість подібних технічних проблем характерні для перехідного періоду, в який вступають 3D-принтери. Яке той час співіснуватимуть старі і нові технології, час необхідний, в першу чергу, для психологічного звикання. Коли деякі будівельники критикують 3Д процес, вони критикують еволюцію — «от, мовляв, принтер великий, дорогий, шумить і споживає електрику, а будинок ваш розвалиться. І взагалі, зв'язка — панель плюс «таджікстрой»-дешевше не буває ».
 
Так от, будівельний 3D-принтер — це не еволюція. У багатьох в голові ще не вкладається саме цей момент, тому як це революція, і її треба усвідомити.
 
Дійсно, сьогодні складно уявити, наскільки зміниться структура будівельної фірми, або її підрозділу, що спеціалізується на котеджних селищах. За мабуть, не буде приписок і «допніков» у виконробів, що не буде змінних молдавських, білоруських та інших бригад. Обличчям фірми стане невелика команда фахівців і пара роботів; інженер-оператор 3D-робота (3 особи при трьох змінах), диспетчер-логіст (нинішній постачальник) і далі-суміжники-возять робочу суміш, монтують ІТ системи. Ще кілька фахівців в ході процесу монтують арматуру, закладні і вікна з дверима. У штаті будівельного підрозділу — 12 осіб, з фондом зарплати мільйон рублів на місяць. За цей місяць така команда селище цілком здає в експлуатацію. Фантастично короткі терміни будівництва, крім іншого-це і відсутність фінансових розривів у будівельному циклі, і зняття проблеми сезонних природних циклів.
 
3D-принтер в будівництві-це роботизація виробництва, свого роду конвеєр. природно, всі суміжні галузі в цьому ланцюжку відповідають стандартам епохи роботів. Де буде проводитися робоча суміш, як вирішуватиметься транспортна логістика (якщо розчин готується поруч з зводяться об'єктом, то доставка не потрібна), формат складу комплектуючих (створюється спільний на все селище або суміжник підвозить партію на конкретний будиночок), на ці та багато інших питань рішення, безсумнівно, буде запропоновано. Фахівці, що ведуть розробки технологій об'ємної друку, діють дуже активно, 3D методи впроваджуються в життя суспільства з небувалою з часів першої НТР швидкістю. Якщо під час презентації Баруха Кошневіца, що відбулася в 2012году, обережно називалися 2017-2020 роки як поріг початку експлуатації будівельних роботів, то в реальності, вже в лютому 2014 була демонстративно надрукована серія справжніх будинків у Китаї.
 
Крім можливості будувати по справжньому недороге масове житло, скажімо так, стандартного класу, з'являються оригінальні концепти, що пропонують можливість зняти гостроту нестачі житла в мегаполісах. У Німеччині Петер Ебнер і його студенти надрукували будинок-черепашку.
 
 image
 image
 image
 image
 
Використання в цьому, загалом-то відомому, концептуальному напрямку, 3D технологій, дозволяє масово і порівняно недорого будувати та експлуатувати теплі «будиночки-раковини» і в «північної» Москві. Дуже багато жителів найближчого Підмосков'я придбали б такі шкарлупки на території всередині Мкада, для проживання в них з вечора понеділка по ранок п'ятниці.
 
Можна сказати, що зараз вже сформувалися умови і певні рамки, коли архітектор, інженер ПГС і технолог-будівельник в змозі видати реально здійсненний, соціально спрямований проект в прибутковому бізнес — форматі. Природно, за допомогою фахівців-матеріалознавців, логістів, профільних інженерів проектувальників. Тільки комплексне вирішення питань: соціально затребуваних архітектурних форм і формату поселення, зручно монтованих інженерних компонентів і спеціального будівельного матеріалу, плюс автоматизована транспортно-складська логістика, дозволять говорити про революцію в будівництві. А вже виробники 3Д принтерів, який не підкачають.

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.