Готова ли 3D-печать к строительной отрасли? Обновление 2020 года

Фото: Branch Technology

3D-печать становится трансформирующей силой в строительстве, обещая более быструю возводку зданий, снижение затрат и беспрецедентную свободу проектирования. Несмотря на раннюю стадию развития, технология открывает ясный путь к более устойчивой, эффективной и устойчивой инфраструктуре.

Как 3D-печать может принести пользу строительству

Современный строительный сектор сталкивается с серьезными вызовами: отходами, ограниченной гибкостью дизайна, дефицитом рабочей силы и логистическими трудностями. 3D-печать решает эти проблемы за счет:

Гибкость дизайна

В отличие от традиционных методов, аддитивное производство создает объекты слой за слоем, позволяя реализовывать сложные геометрии, органические кривые и индивидуальные фасады, которые ранее были невозможны.

Сокращение материальных отходов

Нанося только необходимый материал для каждого слоя, 3D-печать минимизирует излишки. В сочетании с переработанными или локально добытыми сырьевыми материалами это значительно снижает экологический след.

Снижение трудоемкости

Автономные или полуавтономные принтеры перекладывают рутинные задачи с людей на машины, сокращая трудозатраты и уменьшая количество несчастных случаев на стройплощадке.

Ускорение строительства

Напольные 3D-принтеры устраняют необходимость в опереточной Schalung, сокращая сроки и транспортные расходы. Процесс ускоряется с недель до дней для многих компонентов.

Ключевые технологии 3D-печати в строительстве

Различные аддитивные методы отвечают конкретным строительным потребностям:

Экструзия бетона

Экструзия пасты, разработанная Бехрокхом Хошневисом (Contour Crafting), использует манипуляторы или краны для экструзии бетона, керамики или полимеров. Лидеры рынка — ICON, CyBE, Apis Cor — продолжают совершенствовать процесс, создавая надежные, литьеподобные конструкции.

Проволочно-дуговая аддитивная производство (WAAM)

WAAM плавит металлическую проволоку электрической дугой, нанося слой за слоем на подложку. Технология работает с алюминием, сталью и титаном, что делает её подходящей для крупных несущих элементов, таких как мосты (например, стальной мост MX3D).

Печать связующим веществом для опереточной Schalung

Связующее вещество склеивает порошковый материал жидким связующим, создавая сложные формы для литья бетона. Метод позволяет создавать сложные подрезы и детализированные фасады, резко сокращая время изготовления.

Примеры реальных проектов 3D-печати

3D-печатанные стены

Китайская компания Winsun построила пятиэтажный жилой блок и виллу площадью 12 000 кв. футов, используя 100-метровый принтер, изготовивший полые цементно-песчано-волокнистые стены. Стены были доставлены, армированы и собраны на месте, сократив затраты труда и материалов.

Смелая visión Дубая

Дубай ставит цель: 25% новых зданий должны быть 3D-печатанными. В 2019 году Apis Cor в партнерстве с муниципалитетом Дубая построила двухэтажное архитектурно сложное здание прямо на стройплощадке, используя местную гипсовую смесь. Печать на открытом воздухе продемонстрировала устойчивость к суровому климату.

Мосты

Мадрид принял первый в мире 3D-печатанный бетонный мост. Нидерланды добавили 8-метровый велосипедный мост, собранный из 800 напечатанных блоков за три месяца. Стальной мост MX3D, оснащенный датчиками, прошел испытание нагрузкой 20 тонн перед установкой на канал в Амстердаме.

Интерьерный дизайн

Лондонский магазин Bottlepot демонстрирует полностью 3D-печатанный интерьер из устойчивых полимеров, иллюстрируя, как аддитивное производство может снизить отходы и обеспечить художественное самовыражение.

Архитектурные модели

3D-печать революционизирует создание моделей, предоставляя быстрые, экономичные прототипы, ускоряющие дизайн-итерации и сокращающие время разработки.

Строительные компоненты

Британский подрядчик Skanska изготовил полимерные узлы обшивки для бизнес-центра 6 Bevis Marks, доказав жизнеспособность 3D-печати для крупномасштабных фасадных элементов.

3D-печатанная опереточная Schalung

Gate Precast в сотрудничестве с Национальной лабораторией Oak Ridge использовала технологию BAAM для печати форм из ABS, усиленного углеродным волокном, для 42-этажного здания в Нью-Йорке. Каждая форма печаталась 8–11 часов и обрабатывалась 8 часов, выдерживая до 200 заливов бетона — в 10 раз больше, чем деревянные формы.

Барьеры для более широкого внедрения

Несмотря на перспективы, 3D-печать сталкивается с препятствиями:

• Обеспечение качества — Настолько ли долговечны напечатанные дома, как традиционные? Непрерывное тестирование необходимо для соответствия стандартам пожарной безопасности, сейсмостойкости и долговечности.
• Регуляторные пробелы — Строительные нормы должны эволюционировать для принятия новых материалов и процессов.
• Требования к навыкам — Операторам и дизайнерам требуется специализированное обучение, что увеличивает первоначальные инвестиции.
• Ограничения материалов — Текущие сырьевые материалы ограничены; исследования расширяют бетонные формулировки и био-композиты.

Будущее 3D-печати в строительстве

Полностью напечатанные здания остаются долгосрочной целью. В ближайшей перспективе аддитивное производство будет процветать в изготовлении сложных компонентов — узлов, фасадов и Schalung — используя свою свободу дизайна и сокращая отходы. Напольная печать постепенно сместит отрасль к большей устойчивости, гибкости и автоматизации.