3d печать домов: особенности строительства

Модель недорогого строительного 3D-принтера АМТ S-6044

Для примера рассмотрим модель строительного принтера S-6044. Он предназначен для создания широкой номенклатуры малых архитектурных форм. Его используют для быстрого взведения небольших (до 13м2) приусадебных построек, элементов зданий и создания изделий для благоустройства территорий, уличной мебели, железобетонных конструкций, заборов. Также модель применяется при строительстве больших объектов, производя составные части, которые впоследствии собираются как конструктор на строительной площадке.

Программное обеспечение для ЧПУ — ArtSoft Mach3:

«АМТ» S-6044 востребован на рынке, часто приобретается предпринимателями для создания или расширения строительного бизнеса.

Преимущества принтера:

1. Высокие эксплуатационный ресурс и отказоустойчивость. Это профессиональное цеховое оборудование с гарантийным сроком использования 12 месяцев.
2. Вариативность конструктивного исполнения: специальные креплений для установки на стены, устройства для приготовления рабочей смеси, питание от сетей 220 и 380 В.
3. Простота управления, наличие компьютера и специализированного ПО в комплекте.
4. Страна производитель – Россия. У начинающего предпринимателя не возникнет проблем с переводом руководства по эксплуатации, как в случае приобретения китайского оборудования.
5. Использование распространенных строительных смесей на основе цементов М400 и М500. Поддержка смесей с фиброволокнами и минеральными добавками.

Технические характеристики:

Наименование	Описание и показатели
Назначение:	Печать элементов зданий, малых форм до 12,6 м2.
Тип привода:	Шаговые электродвигатели с цилиндрическими редукторами
Рабочая скорость:	9 м./мин.
Скорость позиционирования:	12 м./мин.
Точность позиционирования:	2 мм
Размер печатаемого слоя (в.ш.):	10 х 30 мм
Рабочая зона:	3,5Х3,6Х2,5 м.
Производительность в час:	0,6 куб.м.
Потребляемая мощность:	1,6 кВт
Масса:	870 кг

Несмотря на скромные показатели дистанций для рабочих зон при необходимости принтер можно модернизировать как показано на этом видео:

Нагревание бетонной смеси в 3d принтере

Такой способ называется экструдивным. Небольшой 3d принтер, который использует пластик, имеет в своей головке еще и нагреватель. Он размягчает (расплавляет) твердый пластиковый стержень, подаваемый на печатающую головку принтера. Далее на поверхности изготавливаемой детали он прилипает к предыдущему слою и застывает. И так слой за слоем.

Нагревание можно использовать и при выдавливании бетонной смеси или нагревать током выдавленный бетон, в состав которого входит токопроводящий графитовый порошок. Это позволяет сократить время застывания (схватывания), но при этом снижаются характеристики прочности бетона. При температуре ниже 10 гр.С увеличивается время схватывания и стекание смеси с поверхности.

Но обычно используют добавки, ускоряющие твердение бетона. В продаже их огромное количество, но надо выбирать те, которые используются для торкрет-бетона. Это позволит избежать стекание нанесенного слоя, так как застывание бетона происходит за несколько минут. Качественные и безопасные ускорители твердения получают на основе бесщелочных неорганических соединений – сульфатов и гидроксидов алюминия.

Из импортных можно назвать такие, как MEYCOSA, Delvo Grete (BASF), Sigunit (Sika), Mapequick (Mapei), MCBauchemie,

из отечественных – Реламикс Торкрет (Полипласт), Центрамент Рапид 640 и 650 (Эм-Си Баухеми), Т-Хим (Химмодификатор). Диапазон использования добавки – 2-8% от веса цемента.

Также можно вместо обычного портландцемента  применить глиноземистый цемент, который даже без добавок значительно быстрее застывает и позволяет получить более прочную конструкцию. При этом он значительно дороже: 1 кг стоит от 20 до 35 руб.

Про ускорители твердения бетона уже упоминалось в статьях по изготовлению ваз для цветов и фонтана (см. тут и тут). Но при этом такая высокая скорость застывания бетона была не нужна, поэтому и использовался обычный недорогой ускоритель.

Перспективы развития бизнеса по 3D-печати бетонных тонкостенных изделий

Базовые расчеты и сведения, полученные от предпринимателей, которые уже используют технологию в собственном бизнесе, позволяют оценить прибыльность использования строительного 3D принтера как бизнес идеи:

1. Стоимость большого 3D принтера для строительства жилых одноэтажных домов – начинается от 20 000$ (в зависимости от модели).
2. Скорость строительства с учетом отделки, прокладки инженерных сетей составляет 1- 3 месяца.
3. Себестоимость строительства дома площадью 100 кв. м. в среднем составляет 3 000 долларов. Себестоимость готового дома (внешняя и внутренняя отделка, инженерные сети, меблировка) – от 8 000$ до 10 000$.
4. Чистая прибыль за месяц – от 4 000$.
5. Срок окупаемости бизнеса – 12-18 месяцев.

Строительство с использованием 3D принтеров – сфера, находящаяся в начальной стадии развития. Сложно предсказать, насколько прибыльным может оказаться такой вид бизнеса. Успех во многом будет зависеть от дизайнерских способностей, величины населенного пункта, востребованности продукции в выбранной нише и т. д. Очевидно, что строительные 3D принтеры будут совершенствоваться и повсеместно внедряться, поскольку они позволяют автоматизировать и ускорить процесс строительства, а также значительно снизить себестоимость построек. Однако пока неизвестно, смогут ли когда-либо эти устройства полностью заменить ручной труд, но первый шаг тенденции уже пройден.

Сколько это стоит?

Разброс цен на сами принтеры очень велик — от 10 000 рублей до бесконечности

Сюда надо добавить цену расходников, поэтому перед покупкой принтера важно определиться с целями печати, нужен он вам просто для развлечения или же вы преследуете более серьезные задачи. Также советуем заранее обдумать объем загрузки девайса и функции, которые вам понадобятся (например, поддержка многоцветной печати сразу же делает принтер значительно дороже)

3D-принтер начального уровня Anet A8 поддерживает даже печать из дерева и нейлона, а стоит от 10 000 рублей

Помните, что Kit-наборы для самостоятельной сборки принтера могут грешить нестабильным качеством печати, а иногда к этому добавляется неустойчивая рама. Бывает целесообразно не заказывать принтер у китайских продавцов, а переплатить и поддержать отечественного производителя, который предоставляет адекватную техподдержку, постоянные обновления ПО и гарантийное обслуживание.

Отечественный 3D-принтер PrintBox3D 270 PRO с сервисным обслуживанием в РФ. Средняя цена — 155 000 рублей

Выбор, как уже было сказано, среди принтеров огромный, а средняя цена агрегата для домашнего использования — около 100-150 тыс. рублей

Часто производитель комплектует принтер стартовым набором с расходниками, что тоже немаловажно

ПО для создания трехмерных моделей обычно идет в комплекте с принтером или скачивается бесплатно — во всяком случае, новичку точно не надо платить за покупку базовых программ. Так же бесплатно скачиваются и готовые проекты моделей.

Что касается расходных материалов, то нити пластика ABS, PLA, HIPS, нейлоновая нить и т.д. стоят от 1 рубля за грамм — цена зависит от производителя. Например, фирменные катушки от Makerbot стоят примерно 6-7 рублей за грамм, и одна катушка такого PLA-пластика массой 900 г обойдется в 6700 рублей.

Грубо говоря, 10-граммовая ручка для комода обойдется вам минимум в 10 рублей, чехол для смартфона — в 15-20 рублей и т.д. Умельцы вообще обходятся без покупки картриджей и делают их сами из пластиковых отходов при помощи специального оборудования, но в него тоже надо вложиться. Многое зависит, опять же, от целей печати — если создаете что-то с повышенной прочностью, то лучше серьезно подойти к выбору материала и потратить на него чуть больше.

Также помните, что при FDM-печати понадобится постобработка деталей. Придется обзавестись, как минимум, растворителями и наждачной бумагой, а при высоких требованиях к внешнему виду конечной модели потребуется виброинструмент.

Технология строительства дома с помощью Зд-принтера

Использовать 3д-принтер для строительства домов пытались одновременно учёные из Великобритании, США и Китая. Основной проблемой, которая мешала печатать жилые конструкции, было отсутствие подходящего материала. Для 3d-печати вещей обычно используется пластик. Однако для строительства зданий он не подходит — это не морозостойкий и не звукопоглощающий материал.

Несколько лет назад учёные из этих стран разработали особый цементный состав. Он позволяет получать изделия любых форм: прямые, изогнутые, рельефные, выпуклые, кубические. Такой цемент сделал возможной печать деталей для настоящих домов. Сейчас в качестве материала для печати используются смеси цемента с измельчённым строительным мусором, стекловолокном, целлюлозой и полимерной фиброй.

Строительная 3d-печать состоит из следующих этапов:

1. Разработка 3d-модели будущего здания в компьютерной программе.
2. Разделение модели на слои в поперечном сечении.
3. Печать моделей на специальном принтере. Аппарат послойно наносит цементный состав, формируя объёмную деталь.
4. Застывание напечатанных деталей.

После застывания модули готовы к использованию. Здания из напечатанных частей собирают на месте строительства про принципу конструктора. Современные принтеры позволяют изготавливать любые части домов (коробки, несущие конструкции, арки, цилиндры) с заранее предусмотренными технологическими отверстиями. Это значительно упрощает сборку конструкций.

3d-принтеры послойно наносят цементный состав, в итоге получая готовый строительный модуль

Впрочем, на этом развитие технологий не останавливается. В ближайшее время в продаже появятся принтеры, позволяющие печатать не отдельные детали, а здания целиком, включая проводку и даже сантехнику. 3D-печать в сфере строительства находится на самом начальном этапе развития и ближайшее время удивит мир новыми возможностями.

Преимущества и недостатки такого строительства

Отрасль печати жилых домов очень новая и инновационная. Любой производитель является исследователем и первооткрывателем. По этой причине может быть непонятно, какие плюсы и минусы есть у отрасли. Среди преимуществ 3d-печати домов можно назвать:

1. Высокую скорость строительства.
2. Напечатанные детали прочные, морозоустойчивые, хорошо переносят воздействие влаги. Фактические они не уступают деталям из стандартных строительных материалов.
3. Принтер работает в течение 24 часов, при этом не требует контроля во время печати (только на стадии запуска).
4. Современные принтеры производят не только коробки зданий и несущие конструкции, но даже перегородки, лестницы, скамейки, беседки, башни.
5. При разработке 3d-модели на компьютере детали строения многократно оптимизируются.
6. Сборка дома из готовых модулей значительно проще традиционного строительства.
7. Существенная экономия средств и трудозатрат. Средняя стоимость напечатанного дома находится на уровне 20 000 долларов (1 300 000 рублей), что примерно в 2 раза меньше кирпичного аналога.

Недостатки:

1. Высокая стоимость оборудования. Эта слабая сторона компенсируется быстрой работой оборудования и быстрой окупаемостью.
2. Невозможность напечатать кровлю. Крыши у напечатанных домов в настоящее время выполняются из традиционных кровельных материалов.
3. Недостаточная распространённость на российском рынке. Компании, работающие в сфере 3d-печати зданий, являются первопроходцами. Свою работу они строят методом проб и ошибок. Хотя в целом положительный опыт доминирует над отрицательным.

Таким образом, преимуществ у нового способа строительства значительно больше, чем недостатков. А с учётом активного развития этой отрасли, можно с уверенностью сказать, что большинство минусов уже в ближайшее время будут ликвидированы.

В России уже есть дома, построенные с помощью 3d-принтера — в Ярославской и Московской областях

3D-принтер для строительства: Видео

https://youtube.com/watch?v=jRlAtBtVirM

Следующим шагом стали 3D принтеры, которые могли работать со строительными материалами, однако напечатать они могли разве что кирпич. Однако это позволило еще ближе подойти к разработке современного строительного устройства, для строительства домов. В наше время уже существует дом, напечатанный на 3D принтере, и не один.

3.1. Преимущества технологии создания домов на 3Д принтере

Современный 3D принтер для печати домов – это будущее, которое доступно уже сегодня. Такие технологии позволяют застраивать территории в рекордно короткие сроки, создавая целые улицы и кварталы за считанные месяцы. При этом весь процесс требует значительно меньше финансовых затрат, нежели строительство традиционными методами.

Также стоит отметить, что печать дома на 3D принтере происходит с использованием современных материалов, таких как быстросохнущий цемент и так далее. Это в свою очередь существенно ускоряет строительство и позволяет строить предельно прочные и надежные конструкции. Более того, некоторые модели строительных принтеров способны не только выстраивать здания из бетона, но и прокладывать все необходимые коммуникации – электропроводку, трубопровод, газовую развязку и так далее.

Где можно получить профессию проектировщик 3-D печати в строительстве?

В учебных заведениях России пока отсутствуют программы подготовки специалистов по этому направлению. Хотя в ближайшие несколько лет она может быть включена в учебные планы, сегодня университеты не имеют необходимой теоретической базы и инструментов.

Также не установлен перечень основных предметов, которые будут входить в подготовку. В перспективе студенты будут изучать робототехнику, экологию, программирование, принципы моделирования и проектирования. Большое значение будет иметь знание физики, химии и математики.

Несмотря на отсутствие специальности в ВУЗах, начать освоение профессии можно уже сейчас. В образовательном секторе представлены различные курсы для изучения материаловедения и 3D-моделирования в AutoCAD Architecture, а также других архитекторских программах.

Основой для успешной деятельности в профессии станет получение высшего инженерного или архитектурного образования

При выборе университета следует обращать внимание на его рейтинг и наличие международных связей, так как это увеличит шансы его ориентированности на включение в программы предметов, необходимых для освоения именно этой профессии

Обратить внимание следует на следующие ВУЗы:

• Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет;
• Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого;
• Дальневосточный федеральный университет;
• Московский государственный академический художественный институт имени В.И. Сурикова при Российской академии художеств;
• Российский государственный аграрный университет МСХА имени К.А. Тимирязева.

Источники изображений: styleinsider.com.ua, nm.house, 3ddevice.com.ua, novostivmire.com

Московский архитектурный институт (государственная академия)

Москва

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	280 200,00 ₽

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	280 200,00 ₽

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Санкт-Петербург

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	260 000,00 ₽

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Санкт-Петербург

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	240 000,00 ₽

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	240 000,00 ₽

Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова

Якутск

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	233 000,00 ₽

Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет

Комсомольск-на-Амуре

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	227 100,00 ₽
Бакалавриат	Очно-заочная	88 000,00 ₽

Российский университет дружбы народов

Москва

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	217 500,00 ₽

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	217 500,00 ₽
Бакалавриат	Очно-заочная	135 000,00 ₽

Российская академия живописи, ваяния и зодчества Ильи Глазунова

Москва

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	198 254,00 ₽

Московский государственный строительный университет

Москва

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	192 000,00 ₽

Камчатский государственный университет имени Витуса Беринга

Петропавловск-Камчатский

Тип	Форма	Стоимость
Бакалавриат	Очная	189 730,00 ₽

Тюменский индустриальный университет

Тюмень

Преимущества:

– высокая скорость строительства зданий и сооружений – до 100 м2 в сутки;

– идеальная геометрия возводимых зданий и сооружений;

– экономия до 70% при возведении каркаса здания по сравнению с традиционным строительством за счет экономии на оплате труда, низкого энергопотребления, сокращения сроков строительства и пр.;

– многообразие возводимых архитектурных форм;

– компактные габариты и небольшой вес: длина 5 м., ширина 1,5 м., высота 1,5 м., вес 2,5 тонны;

– простота доставки: используется стандартная строительная техника;

– простота монтажа: без предварительной подготовки площадки и отладочных работ по принципу “поставил и работает”;

– быстрый запуск: запуск оборудования на месте не более получаса;

– большая зона печати – до 192 м2 практически без ограничений в высоту с одной точки печати (при перемещении принтера площадь существенно увеличивается);

– печать в двух плоскостях. Больше архитектурных возможностей за счет поворотной экструдерной головки, что позволяет печатать наклонные стены по вертикали и горизонтали;

– низкое энергопотребление – 8 Квт/час;

– полное отсутствие строительного мусора;

– полная автоматизация технологических процессов.

Apis Cor, Америка

В прошедшем году реализован проект в Подмосковье — городе Ступино, над которыми работало шесть компаний России и штатовский стартап Apis Cor. Основал ее Никита Чен-Юн-Тай – уроженец России и разработчик данного оборудования.

Чтобы напечатать внутренние перегородки, несущие стены и ограждения, потребовались сутки. Извлекали принтер, используя кран -манипулятор. Слои наращивали, применив аддитивную технологию. В практике России этот дом впервые не собирали из напечатанных деталей, а создавали как целостную конструкцию.

Видео:

Видео: 3Д принтер строительный

Дом по форме достаточно сложный. Выбрали его таковым, чтобы можно было показать возможности инновационного устройства. К этому добавим, что строили его в наиболее холодные месяцы, когда температура опускалась ниже 30 градусов, хотя использовать смесь бетона допускается при нижнем пределе +5 по Цельсию.

Принтер, который помог реализовать проект, по конструкции напоминает небольшой башенный кран, имеющий возможность внутренней и внешней печати здания.

Обошлось отпечатанное здание «под ключ» в 593568 рублей, т.е. стоимость одного метра квадратного составила 16 тысяч рублей. И это при том, что форма сооружения сложная. При простой, например, прямоугольной конфигурации, цена могла бы быть тринадцать тысяч рублей.

Преимущества конструкции:

• Подача и смешивание автоматические;
• Быстрая настройка – до 30 минут. Не требуется готовить площадку. Мусор после приготовления на строительной площадке не остается, поскольку производство является безотходным;
• Широкий выбор конфигурации стен и их толщины
• Прослойка воздуха, образующаяся в камерах стен, позволяет лучше сохранять тепло;
• Погода не оказывает влияния на постройки благодаря специальным материалам, добавляемым в смесь;
• Ниже намного стоимость в сравнении с бетонными аналогами, изготавливаемыми по классической технологи;
• Возможность уплотнения желаемым материалом.

Технические параметры:

• свое обеспечение программное;
• обслуживается 2 работниками;
• площадь — 132 м2;
• используемый материал –геополимер или фибробетон;
• размеры – 4х1,6х1,5 метра;
• все принтера- 2000 кг;
• энергопотребление-8кВт/ч;
• высота, на которую происходит подъем, — 3100 мм;
• суточная производительность в м2 – 100;
• скорость рабочая и холостого хода в минуту– до 10 и 20 мм;
• позиционирование и повтор – соответственно ±0,5 мм и 0,1-0,2мм;
• по всем осям (X, Y, Z) — сервопривод;
• по Х и Y направляющие – профильные прецизионные;
• точность по Z – 0,1-0,2 мм;
• стабилизация горизонтальная автоматическая – инклинометр высокой точности 0.0001 градус;
• выключатели – бесконтактные по всем осям;
• пространственное расположение головки печатающей отслеживается дальномером лазерным и гироскопом;
• пространственная стабилизация – регулятор ПИД.

Примеры домов, построенных с применением 3D-печати

Ещё раз, давайте полюбуемся на причудливые строения, созданные искусственным интеллектом. Вполне вероятно, что подобные строения прочно войдут в нашу жизнь. А также посмотрим, как работают самые трудолюбивые каменщики в мире.

1 из 8

А если у вас идеи, как можно использовать 3D-печать в строительстве, расскажите об этом другим читателям нашего онлайн журнала Homius.ru.

Watch this video on YouTube

Предыдущая Новинки рынкаИзысканно и шикарно: как использовать обожженное дерево в интерьере
Следующая Новинки рынкаКрепче стали: почему выгодно использовать стеклопластиковую арматуру вместо традиционной

Виды принтеров для архитектурных работ

Используемые в строительстве принтеры представлены следующими видами:

Портальные (XYZ). Представлены рамой с подвижной головкой экструдера. Устройство подачи смеси перемещается по осям XYZ. Высокая точность экструзии обеспечивается шаговыми двигателями. Основное применение оборудование находит при печати отдельных частей зданий и возведении стен, при условии расположения портального принтера внутри строящегося здания. Если площадь объекта соответствует арке экструдера, он сразу печатается целиком.

Дельтовидные. В отличие от портальных установок, головка дельта-принтера может совершать более сложные перемещения, что выражается в создании сложных геометрических фигур. Для фиксации и движения головки используются гибкие рычаги.

Роботизированные. Представлены роботами в виде промышленных манипуляторов, которые снабжены экструдерами. Управляются с помощью компьютера. Располагаются в центре площадки, откуда рука-манипулятор доставляет смесь на требуемый участок.

D-Shape. Относятся к отдельному классу строительного 3Д-оборудования. Вместо раствора здесь используется специальный порошок, который после укладки и уплотнения подвергается пропитке связывающим веществом, подаваемым тем же экструдером.

Видео обзоры с реальной работой принтеров

Среди используемых строительных 3Д принтеров наибольшую известность приобрело оборудование китайских, американских и голландских производителей. Особенности и возможности каждого из них можно узнать из соответствующих видео обзоров.

WinSun (КНР). Лидер среди 3Д принтеров. Габариты оборудования по длине, ширине и высоте соответствуют 150Х10Х6 метров. При печати может использовать строительные отходы, представленные стеклом, сталью, цементом. Дебютировал в 2014 году при возведении десяти жилых домов. По сравнению с традиционным строительством WinSun уменьшает трудозатраты на 80%, расход материалов на 60%, а возводимые объекты обходятся вдвое дешевле. Видео:

Китайская компания Winsun напечатала первую пятиэтажку на 3D принтере

Watch this video on YouTube

Apis Cor (США/Россия). Американская компания прославилась созданием робота-манипулятора, который одинаково хорошо зарекомендовал при внутренних и наружных работах. Оборудование отличается компактностью и мобильностью, а также автоматической системой стабилизации. На установку и запуск принтера уходит не более 30 минут. Эффективен при создании сложных архитектурных форм. Видео:

ЯБ2016 Строительный 3d принтер APIS COR

Watch this video on YouTube

ProTo R 3Dp (Нидерланды). Детище голландской компании CyBe Additive Industries. Отлично справляется с созданием сложных геометрических форм. В качестве расходного материала использует оригинальный раствор CyBe MORTAR, отвердевающий за несколько минут и готовый к вторичной переработке. Выделяется высокой скоростью и экологичностью процесса. Видео:

Как работает CyBe RC 3Dp

Watch this video on YouTube

Не менее интересные проекты представлены французским принтером Batiprint3D, американским DCP и словенским BetAbram.

Причины не дающие заменить панельное строительство домов

Несмотря на ускоренное развитие 3Д строительства, ближайшее время панельные дома, как бюджетный вариант жилья, не утратят актуальности. Не слишком уступая по скорости возведения, панельное строительство независимо от погодных условий. Напечатанный дом требует установки перекрытий. Панельный сразу разделен на комнаты. Кроме этого, аддитивное оборудование по карману далеко не каждой строительной компании.

Явные недостатки любого принтера при масштабном внедрении в постройку домов

Недостатки строительных 3D обосновываются:

• высокой стоимостью;
• чувствительностью к условиям окружающей среды;
• отсутствием единых стандартов.

При возведении жилого дома с помощью 3Д моделирования, необходимо быть готовым к собственноручной прокладке коммуникаций, а также выравниванию и отделке стен.