Произведет ли 3D-печать революцию в строительстве
Технология XNUMXD-печати развивается удивительными темпами. Время от времени компания или исследовательский центр преодолевают ограничения, которые казалось невозможным преодолеть.
С точки зрения строителей печать элементов конструкции имеет много преимуществ. Компоненты, произведенные на заводе, доставляются на строительную площадку в готовом к установке виде.
Это значительно улучшает инвестиционный процесс. Время производства может быть сокращено с нескольких недель до одного часа, а количество отходов значительно уменьшено. Это приводит к снижению инвестиционных затрат.
Также важно, чтобы нажмите 3D однозначно расширяет поле творчества архитекторов. Это дает большую свободу и более легкую адаптацию проектов к местным условиям и индивидуальным потребностям клиентов.
Дома и рифы
1. Развертывание бетонных искусственных рифов у берегов Австралии
3D печать он почти буквально разбивает волны, потому что его используют, например, для создания искусственных рифов. Из-за загрязнения, чрезмерного вылова рыбы и глобального потепления коралловые рифы в мире быстро сокращаются.
Так возникла инициатива, поддержанная базирующейся в Бахрейне Reef Arabia, по восстановлению хрупких морских скал с помощью бетонных слоев. Искусственные бетонные рифы уже поставлены, в частности, Reef Arabia. в Австралию, где они были развернуты вдоль побережья (1).
Только в Бахрейне коралловые рифы были почти полностью уничтожены за последние 30 лет, поэтому искусственные альтернативы, позволяющие морским экосистемам воспроизводиться в безопасных кораллоподобных средах обитания, должны значительно улучшить состояние окружающей среды.
Однако можно ли создать современный дом с помощью 3D-принтера всего за несколько дней или даже за XNUMX часа? Оказывается, это больше, чем просто фантазия — это довольно серьезный проект под руководством ученых инженерной школы Университета Южной Калифорнии.
Во главе с профессором Бехрохом Хошневисом они разработали новую процедуру под названием Contour Crafting (2). Его цель — объединить новейшую робототехнику с достижениями в области строительных технологий.
Конструкция представляет собой своеобразный промышленный робот, передвигающийся по рельсам, оснащенный насадками для закачки бетона в стены здания. Как и в любом другом случае, процесс начинается с XNUMXD-дизайна, который затем преобразуется в крупномасштабную открытую структуру.
Вместо пластика здесь используется материал, представляющий собой разновидность бетона, который укладывается слоями так же, как и мелкими. 3D принтеры. Когда робот закончил с цементом, на строительную площадку выходят люди, задачей которых является установка окон, дверей и т. д. в готовую конструкцию.
Технология, помимо строительства, может быть использована для изготовления различных объектов, в том числе криволинейных. Это также должно работать, когда настоящие дома возводятся быстро, например, в ситуациях стихийных бедствий, когда дороги и инфраструктура не позволяют перевозить сборные дома.
Contour Crafting можно перевозить (в том числе по воздуху) и собирать на месте, а для перевозки необходимых материалов можно использовать небольшие грузовики или даже мулов.
Одна машина способна построить несколько красивых домов за один день. Конечно, как и в любой развивающейся технологии производства, есть различные преимущества и недостатки.
В отличие от традиционных методов производства, при которых сложность конструкции увеличивает базовую цену, здесь увеличение сложности может снизить накладные расходы.
Большая сложность означает больше отверстий, что, в свою очередь, означает меньшее использование материалов, используемых для создания объекта. Однако выигрыш от 3D печать теряются в скорости и объеме.
Сотни миллиардов металлических и пластиковых предметов производятся каждый год с использованием традиционных методов формования, в процессах, которые обычно занимают минуты (иногда даже секунды). Но работа 3D принтеры может длиться часами.
За это время на предыдущий наносится один слой толщиной с волос. Поскольку на изготовление простой конструкции уходит столько же времени, сколько и на изготовление сложного объекта, рентабельность этого метода сомнительна.
2. Технология Contour Crafting — визуализация
Китайцы потрясающие
Китайская компания Shanghai Winsun Decoration Design Engineering Co. началось серийное производство с помощью 3D принтеры дома площадью 200 м2 (3). Строительство одного из них заняло не более одного дня.
3. Один из первых домов, созданных китайской компанией Winsun с использованием технологии 3D-печати.
Затраты на строительство такого дома значительно снизились из-за того, что строительные материалы, которые использовались для этого, были переработаны.
Остатки ветхих зданий и обломки идеально подошли для строительства новых домов в технопарке в Шанхае.
Стоимость производства одного незавершенного объекта размерами 15 × 10 × 6 м оценивается менее чем в 5 злотых. долларов, так что кажется, что это может быть очень конкурентоспособной технологией на строительном рынке.
Прошло несколько месяцев и в начале 2015 года китайцы из Winsun поразили мир, представив два впечатляющих печатные структуры ускоренными темпами в индустриальном парке Сучжоу.
4. Многоэтажный дом Winsun, сделанный с помощью технологии 3D-печати.
Первая – эксклюзивная вилла площадью 1100 м2, а вторая – пятиэтажный дом (4), который на данный момент считается самым высоким в мире. 3D-печатное здание.
Проект, подготовленный компанией Winsun, является лишь демонстрационной версией, целью которой является представить возможность использования 3D-принтера в строительстве. Компания планирует подготовить еще сотню переработанных зданий в Китае.
Принтер высотой 6,6 м, шириной 10 м и длиной 32 м, используемый Winsun, наносит последовательные слои бетонной смеси из переработанных строительных отходов, стекловолокна, стали, цемента и специальных добавок, создавая элементы конструкции, которые быстро собираются на строительной площадке.
5. Стены, напечатанные Winsun
Такая гигантская машина позволяет в десятки раз увеличить скорость возведения конструкции, при этом снижая потребление энергии до 70%.
Этот способ приводит к образованию большого количества пустот в «блоках» (5), что, однако, не считается недостатком, а трактуется скорее как возможность дополнительной изоляции. Принтер не будет печатать все.
Дома должны быть отделаны традиционным способом, инсталляции в них, двери и окна должны быть вставлены и оштукатурены (если только кто-то не хочет, чтобы на фасаде были видны уровни последующих, отпечатанных слоев).
Последним элементом, который сделал компанию успешной, является проприетарное компьютерное программное обеспечение, позволяющее обрабатывать сложные архитектурные проекты.
Winsun также намерена экспортировать свои технологии по всему миру, открывая заводы в двадцати странах мира.
Европа и Америка экспериментируют
В 2014 году ученые британского Университета Лафборо наладили сотрудничество с известной строительной компанией Skanska и не менее известной архитектурной студией Foster + Partners.
Его цель — развитие технологий. 3D-печать в строительстве и внедрение его в коммерческую практику. Машины, построенные в рамках этого сотрудничества, печатающие с применением бетонной смеси, работают очень похоже на те, что используются китайцами.
Участники проекта надеются, что это позволит производить целые строительные модули. Skanska использует технологию 3D-печати с 2013 года, когда она напечатала опоры крыши для офисного здания 6 Bevis Marks в центре Лондона.
Теперь речь идет о создании первой промышленной машины для печати сложных конструкционных и декоративных бетонных элементов. Ученые и компании все чаще экспериментируют в строительстве с техника трехмерной печати.
7. Строительная площадка Canal House в Амстердаме.
Одна интересная конструкция, появившаяся недавно, — это керамическая плитка PolyBricks (3), напечатанная на 6D-принтере, которая может даже устранить необходимость в строительном растворе.
Печатные элементы будут соединяться с помощью лепестков соответствующей формы.
Поликирпичи были созданы с помощью 510D-принтера ZCorp 3 из сырья, похожего на порошкообразную глину. Материал здесь используется экономно – большую часть «кирпич-блока» составляют проемы, которые в то же время обеспечивают легкость конструкции.
Как подчеркивают авторы решения, создание нового типа 3D кирпичейВ отличие от представленных ранее технологий 3D-печати целых домов, она не требует больших машин и новой строительной инфраструктуры.
Элементы создаются на более-менее стандартном принтере и собираются на строительной площадке. Тем временем в Нидерландах строится Canal House (7), компоненты которого были изготовлены на станке KamerMaker, позволяющем печатать элементы размерами 2×2×3,5 м.
Комнаты можно свободно обустраивать и обустраивать. Вы даже можете разобрать здание, переместить его в другое место и собрать из блоков! В настоящее время идет строительство первого зала.
Весь дом должен быть построен за три года. Столь долгий срок работы обусловлен только тем, что голландские ученые до сих пор экспериментируют с материалами, совершенствуют принтер и т.д.
Здание также является своего рода презентационным и испытательным полигоном для Технология 3D-печати.
Если кто-то будет в Амстердаме, то можете сами увидеть сооружение — оно доступно для осмотра достопримечательностей.
По словам представителей студии ДУС, которая ведет проект, самое главное — преимущество новой методики заключается в ее ономичности — нет отходов, неиспользованного материала и т.д.
С декабря 2012 года в рамках проекта WASP (World’s Advanced Saving Project) под руководством Массимо Моретти велись работы по созданию огромного малобюджетного 3D-принтера, возможности которого позволили бы распечатать здание с помощью глины и другие натуральные материалы.
Гигантский экструдер, встроенный в устройство, был представлен несколько месяцев назад на Центре 3D-печати в Милане (8).
Еще более новые концепции
Исследовательская группа из Массачусетского технологического института (MIT) намерена «сплести» (поскольку слово «печать» здесь менее подходит) павильон — хозяйственное или жилое здание, используя 3D-технологии; как при производстве шелка тутовыми шелкопрядами.
9. Конструкция MIT, созданная по образцу работы тутового шелкопряда.
Чтобы узнать о ноу-хау тутового шелкопряда, группа ученых под руководством Нери Оксман установила на головы личинок небольшие магниты. Благодаря им удалось зарегистрировать особенности движений, совершаемых личинками при плетении кокона.
Теперь исследователи хотят воссоздать их как движения головы или рук. 3д принтер. Это сделано для того, чтобы в печати можно было использовать более крупные объекты-прототипы (9), рои маленьких роботов вместо хлопотных больших установок, напоминающих подъемные краны.
Инновационный подход, хотя и основанный на традиционном портландцементе, несомненно просматривается в проекте «Bloom» (10), созданном в Калифорнийском университете Беркли.
Сложные строительные элементы (количество 840) из порошкообразных полимеров на цементной основе, без содержания оксида железа. Это самое большое сооружение, построенное с использованием этой техники.
Уровень сложности и многоцветность элементов позволяют думать о совершенно новых архитектурных формах, ограниченных лишь фантазией дизайнера. Наконец, стоит напомнить, что нажмите 3D упоминается как технология строительства будущего в… космосе.
10. Структура концепции Блума
Строительство баз и поселений на Марсе или других космических телах из имеющихся на месте материалов и с помощью 3D-принтеров может оказаться лучшим решением, особенно с точки зрения затрат, чем использование традиционных методы строительства, требуя доставки большого количества материалов и компонентов с Земли.
Дизайнеры из известной студии Norman Foster недавно представили концепт базы на Луне для Европейского космического агентства (ЕКА). По их замыслу, эта база должна была быть не просто построена, а просто напечатана на поверхности серебряного глобуса.
Структурные элементы будут полыми, похожими на структуру птичьих костей. Это сделало бы их прочными и выдерживающими удары и напряжения из-за перепадов температуры.
Кроме того, конструкция будет находиться под слоем лунного грунта для дополнительной защиты от радиации и микрометеоритов.
