Строительные 3D-принтеры

Сегодня 3D печать вызывает самый живой интерес общественности. За достаточно короткий промежуток времени, прошедший с момента появления первых 3D-принтеров, люди научились печатать посуду, одежду, игрушки, расходные материалы для принтеров и сами принтеры, машины, и даже человеческие органы и ткани. Следующим шагом на пути развития технологии 3D-печати стала печать строительных конструкций и жилых домов.

Группа учёных под руководством доктора Сунгву Лима (Sungwoo Lim) из британского Университета Лафборо (Loughborough University) разрабатывает новые подходы к применению 3D-печати в строительстве. Проект финансируется из средств Исследовательского совета инженерных и физических наук (EPSRC) при Исследовательском центре по Инновациям в промышленности и строительстве Университета Лафборо.

Учёные, задействовав технологию 3D-печати и усовершенствованную формулу цемента, научились печатать как небольшие конструкции типа цветочниц, вазонов, лавочек и строительных блоков, так и полноразмерные конструкции для строительства. Новая технология обеспечивает полную свободу творчества при проектировании зданий, которые отныне могут иметь любые формы и линии: изогнутые, выпуклые, кубические, краеугольные и т.д. 

Не так давно исследователи продемонстрировали конструкцию под названием «Чудесная скамейка» размером 1х2х0,8 м. Прочность материала, изготовленного для печати 3D-скамейки, составила 95 % от прочности бетона. Фотография полученной конструкции представлена на рисунке.

«Чудесная скамейка», напечатанная строительным 3D-принтером

Строительный 3D принтер в своей работе использует технологию экструдирования, при которой каждый новый слой строительного материала выдавливается из принтера поверх предыдущего слоя. О высоком разрешении печати в данном случае говорить не приходится, да это и не критично для строительства, так как бетон легко поддаётся последующей обработке и отделке. Зато 3D-печать позволяет получить уникальные бетонные формы без опалубки, существенно сократив при этом затраты живого труда и время сдачи объекта.

Чтобы конструкция получилась прочной и гладкой, учёные решили использовать вместо обычной печати многослойную. В результате была создана первая в мире пустотелая панель с двойными закруглёнными контурами. Учёные изготовили и другие конструкции, которые можно с успехом использовать для строительства.

Пустотелая панель с двойными изогнутыми контурами

Разработчики уверены, что технологии 3D-печати уготовано большое будущее. В ближайшее время планируется заменить 3-осную систему роботизированной руки на 7-осную, увеличив тем самым скорость печати, качество готовых конструкций и обеспечив возможность запечатывания больших объектов.

Ещё один проект, связанный с использованием строительных 3D-принтеров, разработала группа учёных из Южно-Калифорнийского университета под руководством профессора Берока Кошневиса (Behrokh Khoshnevis). Идея, положенная в основу проекта, проста и понятна. Авторы предлагают установить на строительную площадку гигантский 3D-принтер, подключив к нему компьютер с особым программным обеспечением. После этого остаётся лишь обеспечить непрерывную подачу на 3D-принтер бетона. По команде оператора 3D-принтер будет заливать фундамент будущего здания, формировать его стены. Бригаде строителей останется лишь контролировать процесс 3D-печати и укладывать плиты перекрытия на разных стадиях возведения здания.

Макет 3D-принтера для печати зданий и сооружений

Применение строительных 3D-принтеров повысит точность возведения зданий и многократно сократит сроки их сдачи. Автоматизация ручного труда позволит сократить численность строительных рабочих и минимизировать риск производственных травм.

3D принтер для печати бетоном в сложенном состоянии

3D принтер для печати бетоном на строительной площадке

3D принтер возводит из бетона строительные конструкции

Визуализированная модель строительного 3D-принтера

Технология 3D-печати зданий и сооружений, предложенная  группой учёных из Южно-Калифорнийского университета, была названа Contour Crafting, она включает в себя огромный 3D-принтер, который устанавливается над местом строительства дома. Принтер возводит стены, накладывая друг на друга многочисленные слои бетона, на ходу добавляя проводку и сантехнику. В итоге получается готовое здание, только без дверей и окон. Принтер может также красить стены и укладывать плитку. Таким образом, принтер способен выполнить до 90 % операций, связанных с возвещением зданий.

А вот так работает прототип 3D-принтера для печати бетоном.

3D принтер печатает бетоном строительную конструкцию

3D-принтер с системой Contour Crafting был разработан специально для строительства бюджетного жилья. Однако со временем он может быть модифицирован для строительства более дорогого жилья класса «Люкс», а также для более объёмных нежилых помещений.

На данном этапе развития технологии 3D-печати планируется строить дома общей площадью до 230 кв.м не более чем за 20 часов.

Применение 3D-принтеров в строительстве позволит отойти от традиционных форм зданий и создавать дома неправильной формы, с изогнутыми контурами и линиями.

Дом с изогнутыми линиями, который можно напечатать при помощи 3D-принтера

При помощи 3D-печати можно возводить роскошные креативные дома с уникальными элементами конструкций. Представьте себе нечто эстетически совершенное и при этом выстроенное всего за несколько часов без потенциальной опасности для строителей.

3D печать бетоном будет также полезна для строительства домов в местностях, пострадавших от стихийных бедствий, в бедных развивающихся странах и во всех других случаях, когда требуется за короткое время обеспечить жильём большое количество людей.

В настоящее время концепция строительства зданий при помощи 3D-принтеров уже заинтересовала несколько крупных строительных компаний, которые готовы использовать данную технологию на практике. Нет никаких сомнений, что в ближайшем будущем использование 3D-принтеров в строительстве станет реальностью. По самым смелым замыслам 3D-принтеры можно будет использовать не только для строительства небольших коттеджей, но и для возведения небоскрёбов.