29 мая 2016г.
Технологии 3D-печатания, получившие большую известность за последние несколько лет, находят все новые сферы применения. Такой вид печати позволяет создавать полноценный физический объект на базе объемной виртуальной модели и успешно используется в медицине, машиностроении. Также 3D-принтеры могут внести большой вклад в развитие строительной отрасли. С помощью данной технологии можно создавать здания и архитектурные сооружения (Рисунок 1).
В основе строительства лежит послойный метод, с помощью которого возможно создавать структуры сложной формы из бетона (Рисунок 2). Строительный 3D-принтер позволит создавать здания в короткие сроки, однако по сравнению с обычной технологией 3D-печатания, процесс создания объекта будет не полностью автоматизирован и потребует участия квалифицированных специалистов.
Строительство начинается с выравнивания участка и устройства фундамента. Перемещается 3D-принтер по специальным рельсам, а по мере увеличения высоты здания печатная головка может подниматься до высоты 6 м. Для перемещения по оси перпендикулярной оси рельс, крепится поперечная балка. В принтер подается быстро-затвердевающий бетон через систему труб (Рисунок 3). Движением в трехмерном пространстве управляет компьютер. Специальный бетон затвердевает очень быстро, таким образом, каждый слой служит опорой для последующего.Строительство начинается с выравнивания участка и устройства фундамента. Перемещается 3D-принтер по специальным рельсам, а по мере увеличения высоты здания печатная головка может подниматься до высоты 6 м. Для перемещения по оси перпендикулярной оси рельс, крепится поперечная балка. В принтер подается быстро-затвердевающий бетон через систему труб (Рисунок 3). Движением в трехмерном пространстве управляет компьютер. Специальный бетон затвердевает очень быстро, таким образом, каждый слой служит опорой для последующего.
По данной технологии могут выполняться как несущие, так и ненесущие стены (Рисунок 4). Также принтер может оставлять в стене специальные отверстия для коммуникаций.
Устройство перемычек окон осуществляется роботизированным механизмом (Рисунок 5), который также выполняет устройство крыши. Крыша изготавливается из металла и подается в виде рулона (Рисунок 6). После устройства перекрытий первого этажа начинается устройство второго. По окончании устройства крыши дома, работа 3D-принтера заканчивается, и отделкой дома занимаются рабочие.
Помимо обычного бетона в качестве материала могут применяться строительные отходы в смеси с цементом, что значительно снизит вред, наносимый экологии. Применение такой бетонной смеси позволяет использовать различные архитектурные формы без опалубки, сокращая время и затраты строительства.
Помимо перспектив, также имеются трудности в применении 3D-печатания в строительстве.
Для обеспечения долговечности и надежности бетонных сооружений, необходимо применение арматуры. Однако вертикально расположенные арматурные стержни, буду препятствовать свободному перемещению головки принтера, а также затруднят равномерную укладку бетонной смеси. Возможно, потребуется устройство дополнительных механизмов, укладывающих арматурные стержни по мере увеличения высоты строящегося зданий и разработка методов по соединения арматуры в узлах.
В процессе изготовления бетонных конструкций для удаления воздуха из бетона, а также уменьшения пор, используются вибраторы. После виброобработки бетон набирает прочность, которая превосходит прочность конструкций, не подвергнутых вибрированию. Из-за отсутствия опалубки 3D-строительство не позволяет использовать вибрирование, что также значительно снижает надежность конструкций.
Сравнив все преимущества и недостатки 3D-печатания, можно сделать вывод, что его использование может стать востребованным на рынке строительства, ввиду экономии на материалах и оплате труда, а также кратких сроках возведения зданий. Однако ввиду невозможности использования арматуры и виброобработки, 3D-строительство возможно применять только в малоответственных зданиях, не подвергающихся большим нагрузкам.
Список литературы
1. Доступная 3D-печать для науки, образования и развития – Международный центр теоретической физики Абус Салам – МЦТФ (Отдел научных разработок), 2013. 192 стр.
