Строительная 3D-печать в ожидании прорыва / Хабр

Технология 3D-печати зародилась еще в 80-х годах 20-го века, а вот строительная 3D-печать появилась гораздо позже.  Первые строительные проекты с использованием этой технологии появились только в 2014 году. Речь идет, прежде всего, о так называемых малых архитектурных формах (скамейки, клумбы, заборы). О постройке домов еще и не мечтали. Но уже в 2015 году российский стартап Apis Cor произвел фурор — напечатал целый дом в Подмосковье. С тех пор периодически появляются новости о новых 3D-печатных домах. Однако несмотря на то, что технология показала себя очень перспективной с точки зрения скорости возведения жилья и снижения стоимости строительства, никакого массового внедрения не последовало.

Строительство – это мировой рынок номер один. И, если в сфере многоэтажного строительства внедряется много технологических инноваций, то в сфере малоэтажного мало что изменилось за последние десятилетия. За последние 30 лет появился доступный интернет, мобильные телефоны, мобильный интернет, робототехника поднялась на новый уровень и т. д., но, попав на стройку дома, вы вряд ли обнаружите много технологических новинок. Автоматизация практически отсутствует, а ручной труд превалирует. 2020 год стал испытанием на прочность для всего мира, а также привел к высочайшему уровню инфляции, которая, в первую очередь, ударила по строительному рынку, произошло драматическое изменение цен на металлы, цемент, древесину и многое другое.

Этот интернет-мем наглядно показывает, что произошло со стоимостью стройматериалов всего лишь за год. И процесс еще идет. Одновременно происходит серьезное удорожание стоимости рабочей силы, и наблюдается ее острый дефицит. Все это приводит к резкому удорожанию стоимости строительства домов. Как бы странно не звучало, но статистика показывает, что рост автоматизации происходит не тогда, когда всё хорошо, а именно в кризисных ситуациях, во время обострения конкуренции, снижении спроса и необходимости срочно искать новые технологии для повышения эффективности производства. Так случилось и в этот раз, и после некоторого прозябания строительная 3D-печать получила новый импульс развития.

Готовясь к написанию статьи, я обратился к основателю компании Arkon — Борису Козлову. Компания Arkon была создана в 2020 году и занимается производством строительных 3D-принтеров, причем как цехового типа для создания префабов (сборных домов), так и портального, способного напечатать двухэтажный дом. Я задал Борису ключевой, на мой взгляд, вопрос:

— Строительная 3D-печать возникла в 2014 году, но за 7-8 лет не последовало никакого массового внедрения этой технологии. Как Вы считаете, почему это произошло, и почему именно сейчас наблюдается всплеск новых проектов?

— Мне кажется, что причина в эффекте «снежного кома». Технология должна была созреть, дорасти от гипотезы до пилотного внедрения и, наконец, до начала коммерциализации и масштабирования (то, что происходит сейчас).  Кроме того, надо учитывать, что строительство — одна из самых консервативных отраслей промышленности, где, в отличие даже от авиации и автопрома, до сих пор крайне низкое внедрение цифровых решений и автоматизации в области именно процесса производства — самой стройки. Немаловажную роль играет и вопрос нормирования и сертификации — этот процесс долгий и создает дополнительный лаг. 

В 2014 – 2016 гг. появились первые образцы строительных 3D-принтеров и прототипы напечатанных зданий. Проверялись концепции различных форм-факторов строительных 3D-принтеров и типов материалов печати. 

В 2017 – 2018 гг. в мире были осуществлены первые заметные инвестиции в ряд стартапов по строительной 3D-печати. Далее, к 2020 г. эти инвестиции «прокрутились» в виде достижения определенного уровня зрелости технологии — появились первые коммерческие продукты (3D-принтеры и дома). 

Наконец, в 2020 – 2022 гг. стало понятно, что гипотезы эффективности строительной 3D-печати оправдываются (дешевле, быстрее, экологичнее), и в отрасль начались крупные вложения. Яркий пример: инвестиция GE (французское подразделение General Electric) в датский COBOD или достижение капитализации в $2 млрд американской компанией ICON.

В 2022 – 2023 гг. в мире будет напечатано уже свыше 1000 зданий, происходит масштабирование от отдельных зданий/пилотных проектов до целых поселков и крупных внедрений в области инфраструктуры / ЖБИ. Кроме того, в ряде стран к настоящему моменту создана или активно создается нормативная база для внедрения аддитивных технологий в строительную отрасль. 

Таким образом, считаю, что указанный временной период — достаточно естественный цикл становления технологии, которую, вероятно, ждет экспоненциальный рост в ближайшее десятилетие.

По данным отчета ResearchAndMarket, мировой рынок строительной 3D-печати в 2022 году оценивается в 354.3 млн долларов США, и, по прогнозам, достигнет 11068.1 млн долларов США к 2027 году, увеличившись на 99,04%.

Различные рыночные процессы влияют на цены и поведение участников глобального рынка строительной 3D-печати. Они создают ценовые сигналы, которые являются результатом изменений в кривых спроса и предложения на продукт или услугу. Они могут быть связаны как с макроэкономическими, так и с микроэкономическими факторами. Даже человеческие эмоции также могут определять решения, влиять на рынок и создавать ценовые сигналы.

Теперь давайте вкратце рассмотрим, что же собой представляет строительный 3D-принтер. Не углубляясь сильно в технологию, можно сказать, что строительные 3D-принтеры очень похожи на классические FDM/FFF принтеры, печатающие пластиком, только вместо пластика в качестве материала здесь выступает цементная смесь, которая подается напрямую в сопло и формирует объект путем послойного наложения. Принтеры также бывают портальными, на базе вылетной стрелы, с роборукой.

На рисунке слева строительной принтер на базе вылетной стрелы. На рисунке справа портальный строительный 3D-принтер

На рисунке выше строительный 3D-принтер в виде роборуки, установленной на мобильную платформу.

Окончательно все изменилось, когда летом 2021 года американская компания ICON, пытавшаяся внедрить 3D-печать в строительство разных вспомогательных объектов, подписала контракт с одним из крупнейших американских девелоперов – компанией Lennar, на строительство поселка на 100 домов в Техасе и тут же стала единорогом, получив 200 млн. долларов инвестиций от нескольких инвестиционных фондов.   

На фото 3D-печатный дом в Остине, штат Техас.3D-печатный дом в Остине, штат Техас.

Одновременно с этим, датская компания COBOD, созданная крупнейшим в мире концерном по производству строительной опалубки PERRI, начала продавать свои портальные строительные 3D-принтеры, а также участвовать в строительных проектах по всему миру. На фото ниже современный двухэтажный дом, построенный в Германии и здание школы в Малави, построенной за рекордные сроки с минимальным бюджетом.

Мало что объединяет развитые, развивающиеся и бедные страны, везде свои проблемы и задачи, но нехватка доступного жилья является общемировой повесткой. Если в бедных странах остро стоит вопрос с ростом количества бездомных из-за нехватки жилья, как такового, то в развивающихся странах необходимо резко ускорить количество возводимого нового жилья для удовлетворения потребностей растущего населения. В развитых же странах проблема, прежде всего, в стоимости жилья, которое подорожало до такой степени, что стало практически недоступным для молодежи. А с одновременным увеличением в этих странах продолжительности жизни эта проблема только усугубляется.

Параллельно развивается тренд на «зеленую повестку», снижение выбросов CO2, строительство из более экологичных материалов и т.д. Но, к сожалению, пока что строительная отрасль является абсолютным лидером по выбросам CO2, а также по количеству мусора, который оставляет после себя каждая стройка. Нельзя сказать, что строительная 3D-печать решает все эти проблемы, но, как минимум, она идет в правильном направлении. Давайте посмотрим на это на нескольких наглядных примерах.

Стены, напечатанные строительным 3D-принтером.

На сегодняшний день, когда мы говорим о 3D-печати домов, речь идет о печати стен. Все остальное (фундамент, окна, двери, перекрытия и крыша) делаются традиционным способом. 3D-печатные стены возводятся как несъемная опалубка, что существенно экономит количество используемого цемента, а это, в свою очередь, снижает стоимость постройки и уменьшает экологический ущерб при производстве цемента. Кроме того, при этом способе возведения не производится никаких дополнительных отходов, прочность конструкции не страдает. Ее можно армировать, как это показано на фото слева, и сразу закладывать инженерные коммуникации, как показано на фото справа, что также влияет на конечную скорость возведения объекта. Общий вес конструкции при этом снижается, оставшиеся полости можно заполнять легким пенобетоном, утеплителем, соломой или любым другим доступным материалом. Такая облегченная конструкция может использовать более легкий фундамент. Сам способ возведения является более экономичным с точки зрения материала, а следовательно, и экологичным.

Сейчас активно ведутся разработки экобетона с добавлением полимеров, при производстве которого выбросы CO2 меньше от 30% до 100%.  Упоминаемая в начале статьи компания Apis Cor, строившая в 2015 году дом в Подмосковье, ныне базирующаяся в жаркой Флориде, планирует начать использовать этот материал в своих проектах.

Еще один стартап, родом из России, – Mighty Buildings со штаб-квартирой в Калифорнии, изначально сделал ставку на полимер с добавлением минеральной крошки. И, хотя компания не строит дома целиком, а делает только стеновые панели, она получила множество наград за дизайн, а также оценку в 400 миллионов долларов в ходе привлечения нескольких инвестиционных раундов.

В итоге, при грубом подсчете можно сказать, что суммарная экономия на строительстве стен может достигать 30%, а общая стоимость дома может быть снижена на 10%. Это справедливо для спроектированных под обычное строительство домов. А если изначально проектировать с 3D-печатью, можно улучшить это соотношение за счет оптимизации прокладки коммуникаций, возможности сразу печатать внутренние стены, закладки ниш для ванных, каминов, встроенных шкафов и кухни, как это было сделано в доме, построенным COBOD в Германии.

«И на солнце есть пятна». Несмотря на все преимущества строительной 3D-печати, у нее есть несколько существенных недостатков. Главный — это слоистость, избежать которой при текущем уровне развития технологии невозможно.  

На фото выше видна слоистость 3D-печатных стен.

С этой задачей можно работать в нескольких направлениях:

1. Ребристые стены можно шпаклевать, красить и обыгрывать как элемент дизайна. Так делает ICON в США., например их последний проект House Zero сделан именно так и он был отмечен рядом наград за дизайн.

3D-печатный дом House Zero в США, построенный компанией ICON.

2. Использовать специальные «шторки» на печатной голове, которые позволяют сглаживать слои, как это делают COBOD и другие производители. На фото ниже видно, что и это не обеспечивает полного отсутствия слоистости.  

3. Полностью зашлифовать поверхность, чтобы получить привычную гладкую стену под шпаклевку, покраску, поклейку обоев или другую отделку. Это возможно, но потребует огромных трудозатрат, которые могут снизить общую эффективность от использования 3D-печати.

 На фото выше стена после 3D-печати, отшлифованная до гладкости.

Второй проблемой является необходимый температурный режим.   В идеале печать должна проходить при температуре от +5С° до +30С°. Влажность также важна. Используя присадки, можно раздвигать эти границы, но не до бесконечности. При сильных минусовых температурах печать будет возможна в полевых условиях, только если стройплощадка будет закрыта куполом и внутри будет достигнута необходимая температура с помощью тепловых пушек. В условиях же сильной жары предпочтительно печатать ночью. Еще одним решением может быть печать стеновых панелей в цеху и их сборка на месте строительства. Безусловно, каждое из этих решений будет отрицательно влиять на экономическую эффективность проекта.

Строительная 3D-печать может пригодиться не только для возведения домов. С ее помощью можно решить много других задач, и там ее минусы не будут иметь значения. Например, американский концерн GE использует принтеры COBOD для строительства опор для ветряных генераторов в цеху. Ребристость поверхности и температурные ограничения в данном случае не играют никакой роли. Строительство идет в цеху, после чего объект перевозится на место установки.

3D-печатная башня ветрогенератора.3D-печатная башня ветрогенератора.

Строительная 3D-печать, или, как ее еще называют, аддитивное строительство, только появилась на свет, и хочется верить в ее светлое будущее. К этому есть много предпосылок, но для успеха многое еще нужно сделать. В первую очередь, нужно разработать принципы проектирования домов для строительной 3D-печати. Затем необходимо привлечь топовых архитекторов для создания знаковых проектов, за которыми может последовать массовое внедрение новой и очень перспективной технологии. Строительная 3D-печать может помочь в решении глобальной проблемы нехватки жилья, а также привнести большую долю автоматизацию в другие сферы строительства.

Александр Корнвейц

Эксперт в области аддитивных технологий и 3D-печати, руководитель компании “Цветной мир”

 

Дом в печатном варианте. Вытеснят ли 3D-стройки традиционные профессии? | ТЕХНОЛОГИИ: Подробности | ТЕХНОЛОГИИ

10. 12.2022 13:02

Пётр Коротецкий

Примерное время чтения: 2 минуты

448

Еженедельник «Аргументы и Факты» № 49. АиФ-СК 07/12/2022

Слои заливала установка-принтер. Пресс-служба СКФУ

Ставропольские студенты построили с помощью 3D-принтера жилой одноэтажный дом из бетонной смеси. Получит ли эта технология массовое распространение, и что тогда делать каменщикам и штукатурам, выяснял stav.aif.ru.

Этажность не помеха

Частный дом площадью 100 кв. метров студенты СКФУ возвели за полтора суток.  Принтер заправили модифицированным мелкозернистым бетоном, и он выдавал смесь слой за слоем по запрограммированной модели.

По мнению главного инженера компании «Объединения «Ставропольское» Александра Соколова

, возможности новой технологии практически безграничны.

«Сегодня с её помощью делают запчасти для автомобилей, протезы для людей и много другое. О том, что 3D-печать можно применять при строительстве различных объектов, говорили, когда только появлялись первые принтеры, — напоминает он. — Если выдержаны все технические параметры бетона — крепость, долговечность, теплоизоляционные функции и так далее, — никаких проблем я не вижу. Тут уже экономисты должны смотреть, насколько производство домов таким способом целесообразно».

Строитель считает, что печатать можно будет и высотные дома. Ведь инженеры всегда, проектируя здания, учитывают свойства материалов, влияющие на прочность каркаса, его устойчивость к ветру, землетрясениям  и другим факторам.

Дом ставропольские студенты возвели за два дня. Фото: Пресс-служба СКФУ

Копать придётся человеку

Опасения,  что из-за развития 3D-печати строительные профессии «умрут», по словам Андрея Соколова, беспочвенны.

«Кто будет закладывать данные в тот же 3D-принтер? Кто будет контролировать его работу? Задачи машине кто будет ставить? — рассуждает инженер. — Сейчас разбивку строительного участка делают с помощью спутников.

Но разметку на местности выполняет человек. Рабочие колышки молотками забивают, экскаваторщик траншеи роет.

Многое контролируется через GPS, но непосредственно на строительной площадке нужны люди. Смонтировать ту же машину, перед этим провести подготовительные работы, выкопать котлован, заложить фундамент – это будет  делать человек».

домставрополь3d принтер

Следующий материал

Также вам может быть интересно

• Ставропольские студенты напечатали жилой дом на 3D-принтере
• Офисное здание на Ставрополье начали возводить с помощью 3D-принтера
• Библиотеки КБР оснастят 3D-техникой, зонами коворкинга и новой мебелью
• Туристы в Северной Осетии рисовали национальный орнамент 3D-ручками

Новости smi2. ru

Посмотрите, как этот дом, напечатанный на 3D-принтере, был построен всего за 80 часов

Посмотрите, как этот дом, напечатанный на 3D-принтере, был построен всего за 80 часов

Перейти к

1. Основное содержание
2. Поиск
3. Счет

Значок поискаУвеличительное стекло. Это означает: «Нажмите, чтобы выполнить поиск». Логотип InsiderСлово «Инсайдер».

Рынки США Загрузка… ЧАС М С В новостях

Значок шеврона указывает на расширяемый раздел или меню, а иногда и на предыдущие/следующие варианты навигации. ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА

Недвижимость

Значок «Сохранить статью» Значок «Закладка» Значок «Поделиться» Изогнутая стрелка, указывающая вправо.

Читать в приложении Интерьер напечатанного на 3D-принтере дома, построенного SQ4D в Риверхеде, Нью-Йорк. Предоставлено SQ4D

• SQ4D — компания, занимающаяся 3D-печатью, которая предоставляет свои услуги подрядчикам.
• Компания построила дом за 80 часов. Он был указан по цене 299 000 долларов, что ниже средней цены в этом районе.
• Вот процесс печати и готовый продукт на Лонг-Айленде.

SQ4D строит дома с помощью 3D-принтера на Лонг-Айленде, в пригороде Нью-Йорка.

Его цель — помочь облегчить кризис доступности жилья, ускорив и удешевив строительство домов, сказала Insider главный технический директор Кристен Генри.

3D-печатный дом, построенный SQ4D в Риверхеде, Нью-Йорк. Предоставлено SQ4D

SQ4D использует автономную систему робототехники, также известную как принтер ARCS.

Принтер SQ4D ARCS печатает стены дома. Предоставлено SQ4D

Вот как SQ4D построил этот дом с тремя спальнями в Риверхеде, Нью-Йорк. На печать ушло 80 часов в течение нескольких недель. Дом был выставлен на продажу за 299 000 долларов, что ниже средней цены в этом районе в 450 000 долларов.

Предоставлено SQ4D

SQ4D строит дом на месте.

Он привозит на место свой принтер, насос и объемный смеситель вместе с сырьем для бетона — песком, водой и портландцементом, рассказал Генри Insider.

Предоставлено SQ4D

Во-первых, это началось с фундамента, который начинался примерно в трех футах под землей. Траншея засыпана цементом, объяснил Генри.

Предоставлено SQ4D

Затем принтер строит фундаментные стены.

Предоставлено SQ4D

Изоляция укладывается между землей и цементом.

Предоставлено SQ4D

Вдоль фундамента укладываются трубы для водопровода и электричества, а сверху укладывается бетонная плита.

Предоставлено SQ4D

Вот как выглядит готовый фундамент.

Предоставлено SQ4D

Затем сверху рисуется план этажа. Красные линии на этом рисунке — это места, где будут построены стены. Трубообразные конструкции, выступающие из земли, обозначают места, где на плане этажа были размещены водопроводные и электрические соединения.

Предоставлено SQ4D

Затем принтер строит стены дома поверх фундамента.

Что с водой? Ну, бетон затвердевает в процессе, называемом гидратацией. «Чтобы правильно затвердеть, бетону нужно много воды», — сказал Генри. Предоставлено SQ4D

Операторы следят за работающим принтером.

Принтер ARCS строит дом. Предоставлено SQ4D

После возведения стен и установки деревянного каркаса дом выглядит так.

Дом после завершения печати. Предоставлено SQ4D

Крупный план цементной стены.

Стена дома Риверхед. Предоставлено SQ4D

Стены слегка изогнуты там, где принтер повернулся. Эти стены и деревянные дверные рамы находятся в коридоре дома. На очереди изоляция.

Коридор в доме Риверхед. Предоставлено SQ4D

Принтер также может создавать уникальные геометрические фигуры. Например, эта изогнутая цементная плита, выступающая из стены, станет полуостровом кухонной стойки после завершения строительства дома.

Кухня дома Риверхед. Предоставлено SQ4D

Готовое изделие может быть окрашено в любой цвет по выбору владельца.

Риверхед дом. Предоставлено SQ4D

Это касается и интерьера дома. Вот дом Риверхед, где стены гостиной выкрашены в шалфейно-зеленый цвет.

Гостиная в доме Риверхед. Предоставлено SQ4D

В то время как некоторые стены сохраняют текстуру, напечатанную на 3D-принтере, SQ4D оштукатуривает определенные поверхности — например, за этими шкафами — чтобы придать им более гладкий вид.

Готовая кухня в доме Риверхед. Предоставлено SQ4D

Вот пример контраста текстуры.

SQ4D установила деревянный молдинг по всему дому после завершения печати.

Гостиная в доме Риверхед. Предоставлено SQ4D

Дом сдается в краткосрочную аренду. Генри говорит, что первое, что делают люди, входя в дом, — проводят руками по стене, чтобы почувствовать текстуру.

Кухня в доме Риверхед. Предоставлено SQ4D

Читать далее

Функции

Что такое напечатанный на 3D-принтере дом? Краткое введение

В последнее время слухи о домах, напечатанных на 3D-принтере, получили широкое распространение. Благодаря преимуществам экономической эффективности и сокращения отходов этот метод строительства во многих отношениях превосходит традиционные методы строительства. В этой статье вы получите краткое представление о том, что такое 3D-печатный дом. Мы также приведем примеры процесса печати, чтобы вы лучше поняли, как создается 3D-печатный дом.

Что такое напечатанный на 3D-принтере дом?

3D-печатный дом — это жилой дом, построенный с помощью технологии 3D-печати. 3D-принтер использует преобразованный чертеж или чертеж САПР для создания физической структуры путем постепенной печати материала слоями. Этот процесс в большинстве случаев является более эффективным с точки зрения затрат и времени, чем традиционные методы строительства.

Строительный 3D-принтер в основном фокусируется на базовой конструкции дома. Это означает, что установка таких компонентов, как окна, двери и электрические системы, выполняется после процесса печати. Технология также может быть использована для строительства промышленных, общественных и коммерческих сооружений и секций других сооружений, например, ветряных турбин.

Строительство дома с помощью 3D-принтера — от чертежа до готовой конструкции

Чтобы построить дом, напечатанный на 3D-принтере, вам понадобится преобразованный чертеж или чертеж САПР, строительный 3D-принтер, система снабжения материалами и материалы. Конечно, процесс может отличаться в зависимости от таких факторов, как модель принтера и выбор материала. Однако процесс создания 3D-печатного дома обычно состоит из 4 этапов.

Вот краткое описание каждого шага: 

1. Создайте чертеж САПР для вашего проекта 

Первым шагом при печати 3D-дома является создание чертежа или чертежа САПР. Обычно архитекторы и инженеры создают план с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования (САПР). План содержит подробное описание дизайна и размеров здания, таких как размещение окон, дверей, электрических и сантехнических систем.

Затем программа 3D-слайсера помогает принтеру преобразовать подробный чертеж в файл для печати. Это позволяет подготовиться к установке принтера на месте и оценить время и расход материалов.

2. Подготовка — установка материалов и принтера

Второй этап включает в себя установку 3D-принтера на месте с дополнительным оборудованием, таким как аппаратные и программные решения, насос, мини-завод и защитное ограждение (при необходимости).

Всегда необходим анализ материалов и окружающей среды. Анализ гарантирует, что здание выдержит погодные и другие условия окружающей среды. Затем, в зависимости от результатов анализа, вносятся коррективы в состав полиграфического материала. Наиболее часто используемые материалы для 3D-печатных домов в настоящее время представляют собой разновидность бетона или раствора.

3. Печать стен

Принтер использует преобразованный чертеж и печатает стены слоями, следуя заданному проекту дома. В зависимости от дизайна и архитектуры положение принтера или сопла могут быть изменены во время процесса. Насадка определяет отделку стен, которая может быть гладкой или слоистой.

После того, как стены дома напечатаны, обычной процедурой является увлажнение бетона еще на 24 часа. Либо вода распыляется на стены, либо конструкция закрывается пластиком, чтобы влага не испарялась. Эта процедура помогает предотвратить трещины или дефекты в бетоне.

Одно из основных преимуществ 3D-печати бетоном заключается в том, что она экономит время по сравнению с традиционными методами строительства. Таким образом, вы можете получить ядро ​​​​здания в течение нескольких часов или нескольких дней, в зависимости от сложности здания.

4. Дополнительные установки

Когда стены высохнут, завершающим этапом является выполнение всех необходимых отделочных работ. Этот шаг обычно включает в себя установку электрических и сантехнических систем, а также добавление дверей и окон.

Откройте для себя возможности технологии 3D-печати

В COBOD мы стремимся постоянно развивать наши решения и исследовать новые способы улучшения строительной отрасли.