Мировой рынок аддитивных технологий растет с каждым годом: уже сегодня его объем превышает $5 млрд., а после 2025 года будет составлять более $21 млрд. В строительстве к 2025 году будет наиболее заметно использование технологий аддитивного производства, после авиастроительного производства и медицины.
Аддитивные технологии (АТ) — это технологии послойного наращивания и синтез объекта. Согласно аналитическому обзору «Технологии аддитивного производства — рынок, тенденции и перспективы до 2025 г». компании «Атом Today» от 13.02.2018 г [1], мировой рынок аддитивных технологий растет с каждым годом: уже сегодня его объем превышает $5 млрд., а после 2025 года будет составлять более $21 млрд. Страны-технологические лидеры, такие как США, Германия, Великобритания, Япония и др., суммарно контролируют более 50 % мирового рынка аддитивного производства и останутся локомотивами его развития в долгосрочной перспективе. Согласно аналитической компании «Frost & Sullivan» одну из лидирующих позиций по использованию аддитивных технологий к 2025 г займет сегмент «производственные предприятия», то есть строительная отрасль, пищевая промышленность и т. д. Остальное распределение представлено на рисунке 1.
Рис. 1. Структура рынка АТ в 2025 году
Одним из самых быстро растущих является рынок Азиатско-Тихоокеанского региона. В период 2015–2025 гг. ежегодные темпы роста составят 18,6 %, а объем увеличится более чем в 5 раз — с $1,01 млрд. в 2015 до $5,56 млрд. в 2025 году. При этом на долю Китая будет приходится порядка 70 %.
С точки зрения вклада в общий рынок аддитивных технологий, Россия пока сильно отстает от стран-технологических лидеров. Причем отставание отмечается по всем основным направлениям — производство оборудования для 3D-печати, масштабы применения технологий в ключевых промышленных отраслях, производство сырья и вспомогательных материалов и т. д. На данный момент доля России в структуре мирового рынка аддитивного производства составляет около 1 %.
Строительная 3D-печать в тренде по всему миру. Воплощение в жизнь любых дизайнерских решений и сложных геометрических форм (средневековые замки, дома в форме астероидов и галактик) позволяет добавить индивидуальности каждому новому сооружению.
Рассмотрим несколько успешных проектов по строительству с использованием аддитивных технологий:
- Проект жилого дома компании «APIS COR»
Компания «Apis Cor» [2] является первой компанией в разработке оборудования для специализированной 3D печати, которая способна печатать целые здания полностью на месте.
Первый дом-принтер производства Apis Cor напечатал в феврале 2017. На здание площадью 38 квадратных метров ушли сутки и 593,6 тысяч рублей. Из-за необычной формы дома стоимость одного квадратного метра, включая окна, крышу и отделку, составляет около 16 тысяч рублей. При печати обычного дома в форме параллелепипеда один квадратный метр обойдётся в 13 тысяч рублей, говорят в Apis Cor. Компания отмечает, что принтер способен работать при температуре до -35°С, хотя ограничителем может выступать используемый раствор. В данном случае бетонная смесь могла быть использована при температуре не ниже 5°С. Оригинальная форма здания, представленная на рисунке 2, лишь способ показать возможности техники. В целом строение может быть и квадратным, и какой-то иной формы.
Рис. 2. Дом компании «Apis Cor»
Сейчас компания Apis Cor сотрудничает в рамках столетнего конкурса с НАСА по фазе III для 3D-печатной среды обитания на Марсе.
- Здание Фонда Будущего в ОАЭ студии «Killa Design»
В Дубае, крупнейшем городе Объединенных Арабских Эмиратов в 2016 г студия Killa Design [3] осуществила постройку первого в мире полностью оснащённого и предназначенного для постоянной эксплуатации офисного здания, созданное с помощью 3D-принтера. Практически все элементы и мебель лома сделаны с применением аддитивных технологий.
«Мы реализуем то, что планируем, и преследуем действия, а не теории. Быстро меняющийся мир требует от нас ускорения темпов развития, поскольку история признает не наши планы, а наши достижения», — сказал Его Высочество шейх Мухаммед, открывая «Офис будущего» (Рис. 3).
Рис. 3. Здание Фонда Будущего В ОАЭ
Проект обошелся на 50 % дешевле, чем традиционное строительство аналогичного здания. В работе над зданием участвовала команда из 19 человек: один следил за работой 3D-принтера, восемь собирали дом из напечатанных элементов на месте, остальные занимались проведением электричества и обеспечением работоспособности других систем. Создание конструкции заняло 17 дней, еще два ушло на оформление офиса внутри.
Особенности изготовления здания с применением аддитивных технологий
Принцип работы 3D принтера для печати зданий основан на экструзионной методе и заключается в экструзии (выдавливании) бетона, слой за слоем, по заданной трехмерной компьютерной модели. С помощью комплекса подготовки и подачи строительной смеси, бетон смешивается с водой и другими добавками и закачивается в шланг. Шланг подсоединен к головке принтера. Под давлением насоса бетон подается к головке принтера, смесь выходит из сопла принтера и наносится на поверхность площадки или предыдущие напечатанные слои.
Основным материалом для печати является бетон. Для печати используют мелкозернистые смеси, которые отличаются от традиционного бетона. Каждая компания разрабатывает свою рецептуру, которая соответствует устройству принтера и его сопла, а также специфике целевых изделий. Самые важные параметры бетона для 3D-принтера — это прочность, скорость набора прочности, пластичность. Необходимая прочность бетона подбирается регулированием состава смеси — количества цемента и качества заполнителей, а также добавками пластификаторов.
Строительный 3D-принтер печатает самонесущие стены и перегородки с машинной точностью, поэтому они получаются ровными и гладкими. Этап черновой отделки можно пропустить и переходить к финишной шпаклёвке. В стены закладываются основные коммуникации, а также утеплитель.
Строительство новых зданий или реконструкция новых непрерывно связано с выделением вспомогательных продуктов. На каждом этапе строительства, начиная с рытья котлована и заканчивая окончательной внутренней отделкой, возникает немалое количество продуктов, которые образуют строительный мусор. Он осложняет проведение работ, увеличивает итоговую себестоимость строительства из-за потребности в правильном вывозе и утилизации строительного мусора.
В соответствии с современным законодательством строительный мусор подлежит утилизации и складированию только на специализированных полигонах или в аккредитованных компаниях по переработке. Разложение строительного мусора — длительный процесс. Обломки кирпича имеют срок разложения около ста лет, а обломки дерева более десяти лет.
Литература:
- Технологии аддитивного производства — рынок, тенденции и перспективы до 2025 г.
- Apis-cor.com
- Killadesign.com
- Зленко М. А. Аддитивные технологии в машиностроении /М. В. Нагайцев, В. М. Довбыш // пособие для инженеров. — М. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» 2015. 220 с.
- Компьютерные технологии и графика: Атлас / П. Н. Учаев, С. Г. Емельянов, К. П. Учаева, Ю. А. Попов; Под ред. П. Н. Учаева. — Старый Оскол: Изд-во ТНТ, 2015; 2011. — 275с.
- Белова, И. В. Материаловедение: учебное пособие для вузов / И. В. Белова, Н. Е. Емец. — 2-е изд. — Комсомольск-на-Амуре: Изд-во Комсомольского-на-Амуре
- Романычева, Э. Т. Инженерная и компьютерная графика: учебник для вузов с дистанц. обучением / Э. Т. Романычева, Т. Ю. Соколова, Г. Ф. Шандурина. — 2-е изд., перераб. — М.: ДМК Пресс, 2001. — 586с.+электрон.опт.диск.
- Инженерная 3D-компьютерная графика: учебное пособие для бакалавров / А. Л. Хейфец, А. Н. Логиновский, И. В. Буторина, В. Н. Васильева; Под ред. А. Л. Хейфеца. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Юрайт, 2012. — 464с.
