Революция в строительстве: 3D-печать ускоряет и удешевляет процессы

Строительная отрасль меняется благодаря 3D-печати, которая делает строительство зданий и других сооружений дешевле и быстрее за счет автоматизации строительных процессов с использованием роботизированных решений для экструзии бетона. За последние пять лет 3D-печать в строительстве (3DCP) начала догонять пролиферацию аддитивных технологий и улучшений, наблюдаемых в других отраслях, таких как здравоохранение и промышленность, фундаментально изменяя одну из крупнейших отраслей мира.

Понимание индустрии 3D-печати в строительстве

3D-принтеры, используемые в строительстве, обычно делятся на две категории: портальные установки и роботизированные манипуляторы, причем первое является доминирующим решением для в печати целых здовых конструкций на месте. Кроме того, игроки в индустрии 3D-печати в строительстве классифицируются как исключительно технологические провайдеры (например, COBOD International); поставщики полного цикла строительства, которые также выступают подрядчиками, используя свои проприетарные материалы; или даже как генеральные подрядчики, управляющие всем строительством новых зданий от начала до конца.

Использование 3D-печати в строительстве быстро растет в последние пять лет не только в количестве построенных зданий, но и в типах создаваемых зданий или сооружений. Назвать несколько применений и примеров 3DCP: машины COBOD использовались партнерами для печати одно-, двух- и трехэтажных зданий площадью до 4100 кв. футов (например, PERI Group). Они построили школы (Holcim/14 Trees), основания ветряных турбин высотой 30 футов (GE Renewable Energy) и многие другие сооружения на шести континентах.

Для жилого жилья, которое было областью наибольшего интереса до сих пор, 3DCP охватывает до 45 процентов общей стоимости строительства здания. Это связано с тем, что некоторые виды затрат еще не могут быть решены технологией печати: отделочные работы/поверхности, окна, двери и скрытые компоненты, такие как механика, электрика или сантехника. Для более коммерческих и промышленных применений, как башни ветряных турбин, технология охватывает гораздо более высокий процент — до 80 процентов от общей стоимости.

Поскольку рынок 3DCP все еще в зачаточном состоянии, оценки размера рынка для отрасли еще слишком ранние, чтобы им доверять. Однако, учитывая размер строительного рынка, если 3DCP использовался бы всего на 0,01 процента строительных площадок, размер рынка все равно был бы огромным.

Почему 3D-печать в строительстве набирает обороты?

Существует четыре ключевых преимущества 3DCP: автоматизация, скорость, улучшенная устойчивость и дополнительная свобода дизайна. Здесь я затрону только первые два преимущества.

Автоматизация снижает затраты: Строительная отрасль является одной из наименее автоматизированных/оцифрованных во всех секторах с огромным потенциалом для повышения производительности. С 1947 по 2010 год в США производительность выросла в 8 раз в производстве и в 16 раз в сельском хозяйстве, в то время как в строительстве практически не было прироста производительности. В результате этого и других факторов стоимость приобретения жилья резко возросла в последние годы, частично создавая все больший и больший разрыв между спросом и предложением, только в США превышающий четыре миллиона домов. Ситуация ухудшается из-за драматического роста цен на материалы (например, древесину и сталь) и общего нехватки квалифицированной рабочей силы. Хотя 3DCP один не может решить все эти структурные проблемы, автоматизация процессов снижает затраты, решая проблему дефицита рабочей силы, так как принтеры требуют всего 3 человек для управления. Недавно были разработаны решения, в том числе COBOD, позволяющие использовать обычный бетон для 3DCP (вместо во много раз более дорогих растворов), что является одним из самых дешевых строительных материалов в мире.

Улучшенная скорость для более быстрого выполнения проектов: Благодаря накопленному опыту освоения технологии 3DCP все большим количеством компаний, мы не далеки от момента, когда стены типичного дома площадью 2000 кв. футов будут 3D-напечатаны всего за пять рабочих дней. То же самое традиционными методами, такими как каркасное строительство или кладка, заняло бы гораздо больше времени и потребовало бы больше рабочих. В качестве примера легкой кривой обучения 3DCP, в 2020 году партнеру PERI Group потребовалось 36 дней для 3D-печати их первого здания — двухэтажного дома площадью 1700 кв. футов в Германии. Это эквивалентно примерно 50 кв. футов в день. Когда они завершили свой второй проект несколько месяцев спустя — гораздо более крупное трехэтажное пятиквартирное здание площадью 4100 кв. футов — они сократили время печати до 21 дня, эквивалентно примерно 200 кв. футов в день. Они увеличили свою продуктивность в четыре раза с первого на второй проект. Насколько дальше они снизят время печати при выполнении 10-го проекта? А как насчет 100-го проекта? С простым удвоением продуктивности — а это кажется крайне вероятным, основываясь на результатах до сих пор — цель в пять рабочих дней для здания площадью 2000 кв. футов скоро будет достигнута.

Будущее 3D-печати в строительстве

3DCP естественным образом сталкивается с барьерами для раскрытия своего полного потенциала, таких как обновленные строительные кодексы/стандарты и переквалификация рабочей силы. Однако мы уверены, что технология переведет строительную отрасль с одной технологической S-кривой на следующую, принеся с собой вышеупомянутые преимущества и многое другое.

Сравните первые ноутбуки и мобильные телефоны 1980-х с их современными аналогами: 3DCP отправится в аналогичное путешествие улучшений и массового использования, переживаемое этими прорывными технологиями, движимое тремя факторами. Во-первых, принтеры станут более надежными и быстрыми. Во-вторых, 3D-принтеры увеличатся в масштабе, позволяя более крупные проекты. Таким образом, вероятно, что в течение года мы начнем видеть принтеры, способные печатать здания до пяти или даже шести этажей. В-третьих, будут разработаны новые варианты использования, например, больший фокус на коммерческих зданиях и сооружениях, а не только на жилом жилье, где технология 3DCP может охватывать большую долю общей стоимости.