3D-печать зданий



Данная статья посвящена трехмерной печати зданий, опыту строительства 3D-объектов.

Ключевые слова: трёхмерная печать, органическая архитектура, 3D- моделирование, 3D-принтер.

Реализация новых идей, которые упрощают жизнь, ускоряют долгий процесс работы, уменьшают трудоемкость, является приоритетом во всех сферах деятельности человека. Сейчас прогресс не стоит на месте, он затронул и сферу строительства. В данном направлении имеется множество материалов, которые совершенствуются из года в год, а также создаются абсолютно новые, ранее не виданные. Однако и сами методы строительства не уступают в прогрессе, уже сейчас существуют мобильные экодома, энергоэффективные здания, которые могут производить энергию как для собственного функционирования, так и для соседних построек, многоэтажные или большепролетные деревянные объекты, о которых ранее и не думали, а сейчас строительство таких домов возможно благодаря прогрессу. Один из самых интригующих метод возведения зданий — это трехмерная печать. «Распечатайте мне дом» — фраза, которую, скорее всего, в ближайшем будущем можно будет услышать в обычной строительной фирме, ведь никто раньше даже не представлял, что можно просто напечатать дом, а сейчас это не просто идея, а уже целые построенные объекты.

Данная технология, при помощи которой любое изделие, любой формы наращивается из исходного материла, который зависит от конечного назначения объекта, по цифровой модели. Для зданий используют цементно-песчаный раствор, предварительно смешанный специальной машиной, что уменьшает трудоемкость строительства. Но главное преимущество такого процесса — это скорость, а она, в условиях быстрорастущих городов, выступает важнейшим показателем.

Органическая архитектура — это течение архитектурной мысли, которое впервые сформулировал Луис Салливен. Он рассмотрел положения эволюционной биологии, где имеется соответствие функции и формы в философском смысле. Термин «органическая архитектура» может иметь весьма различное смысловое наполнение. Чаще всего архитекторы, которые творят в этом стиле, вдохновляются природными формами: ракушками, панцирями, рогами. Не стоит забывать, что без проектировщиков данные проекты не были бы воплощены, необходимо разработать объемную модель. Благодаря 3D-моделированию и вычислительным машинам этот процесс значительно упрощается; а благодаря печати на новых 3D-принтерах еще и ускоряется почти в два раза.

Органическая архитектура подразумевает не подражание природным формам, а следование природе в писках конкретных, каждый раз индивидуальных путей разрешения проблемы. Она как бы подсматривает в природе формы для создания уникальных зданий со сложной геометрической составляющей, а если рассмотреть 3D-дома, то и способ строительства, например, у пчёл.

Иркутская компания Apis Cor, которую основал Никита Чен Юн Тай, получила свое название как раз благодаря пчёлам (аpis в переводе с латыни означает «медоносная пчела»). Пчелы строят соты при помощи наплавляемого воска, поэтому их называют лидерами по 3D-печати в природе. Пчелы строят улей изнутри, слой за слоем. Циркулярный принтер Apis Cor полностью повторил их технологию производства.

Сейчас в этом доме никто не живёт, он является выставочным экспонатом, но именно он запустил «цепочку»: теперь много крупных строительных компаний закупили у Apis Cor 3D-принтеры, чтобы печатать дома уже «конвейером». Профессор Берок Хошневис из университета Южной Калифорнии разработал 3D-принтер, который может построить дом площадью 250 кв. м. Идею реализовали в Дубае (Объединенные Арабские Эмираты) — самом быстро растущем городе мира. Именно там появилось первое в мире здание, созданное при помощи 3D-печати.

Ещё в 2005 году в одном из журналов написали: «Представьте, что над стройплощадкой возвышается большой робот, который послойно создаёт дом, выдавливая бетон на его растущие стены, как пасту из тюбика. Он может появиться в не столь уж далёком будущем. Уже построен прототип, способный «нарисовать» бетонную стену примерно 1,5 на 1,5 метра». «Если вы научились делать стену, вы сможете сделать и дом», — логично рассуждает автор изобретения, профессор Берок Хошневис (Behrokh Khoshnevis) из университета Южной Калифорнии (University of Southern California).

Робот, которого построил Хошневис, называется «Контурный каменщик», а развиваемая технология — «Контурное строительство». Несмотря на все предыдущие достижения, первый в Европе и странах СНГ жилой дом, напечатанный на 3D-принтере, построили в России, а точнее в Ярославской области, площадью в почти 300 квадратных метров. По некоторым данным, он является не только первым в Европе и СНГ «напечатанным» жилым домом, но еще и самым большим зданием, построенным с применением технологии строительной 3D-печати.

По словам представителя группы компаний «СПЕЦАВИА» — Евгения Тарбеева, дом был напечатан всего за один месяц в 2015 году, оставалось выполнить его внутреннюю отделку. На этом этапе строительство прервалось, из-за возникших у заказчика трудностей его пришлось на время отложить. За этот месяц была полностью напечатана коробка здания, напечатали её по частям и смонтировали на заранее отлитом фундаменте. Летом 2017-го года завершились устройство крыши и внутренняя отделка этого дома.

Технология производства всё же отличается от описанной выше: печать производилась в цеху на самом маленьком принтере частями (стены дома, башню, декоративные элементы, через принтер здесь не прошли только крыша и фундамент), после их везли на стройплощадку и собирали как конструктор. Фундамент и крыша дома строились по традиционным технологиям. По подсчетам компании, строительство обошлось примерно в 1,5 раза дешевле, за счет автоматизации производства и исключения человеческого фактора.

Строительная 3D-печать схожа с обычной: в выбранной программе создается 3D-модель будущего здания или сооружения, загружается в специально разработанную для этих целей программу, и принтер воссоздает модель. Технология заключается в экструзии бетонной смеси по периметру заданной модели. Толщина стен закладывается сразу, принтер печатает наружную и внутреннюю стенки, они растут равномерно, остальное пространство заполняется раствором после того, как напечатанные стены приобретут необходимую прочность. Печатают новоизобретенным материалом Saltygloo, но можно и самым обычным пескобетоном, скорость печати составляет примерно 100 квадратных метров за 100 часов [1]. Такой дом можно возвести за две недели даже с учетом изготовления материалов в цеху. Сама сборка стен занимает не больше трех дней. Применяемая технология — технология контурного строительства. Чем быстрее строительство — тем выше на нём производительность труда. Это всегда будет актуально. Строительство будущего — это быстрое и точное строительство с минимизацией рисков, поэтому технология 3D-строительства — это технология будущего, а точнее уже настоящего, которое делает нашу жизнь максимально комфортной.

1. В Европейском союзе сейчас реализуется программа под названием «Деревянная Европа», в рамках которой до 2020 года доля жилой недвижимости из дерева должна составлять не менее 80 процентов.
2. Для Райта понятие “органическая архитектура” означало не подражание природным формам, а гармонию с окружающей средой. Здание должно не выделяться из пейзажа, как какое-то инородное тело, а “вырастать из него подобно растению и гармонично сочетаться с окружением, как если бы сама природа создала его”. Каждый проект уникален, потому что разработан для конкретного места и конкретных людей, — вырванный из контекста, он не сможет существовать.
3. Экстру́зия (от англ. extrusion — выталкивание, выдавливание)
4. «Контурное строительство» (англ. Contour Crafting ) — инновационная технология в строительстве, позволяющая без ущерба для эксплуатационных качеств конечной продукции автоматизировать самый трудоемкий этап строительства — возведение несущих и ограждающих конструкций, и в потенциале прокладку инженерных сетей, отделочные работы. Развитием этой технологии занимается доктор Бехрох Хошневис из Университета Южной Калифорнии [2].

Рис. 1. Apis Cor 3D принтер [4]

Литература:

1. NEWS 2 Экономика, https://news2.ru/story/531466/.

2. КАРТАСЛОВ.РУ https://kartaslov.ru/карта-знаний/Контурное+строительство.

3. Mobile 3D printer can build an entire house in just 24, hourshttps://mashable.com/video/lowcost-house-3d-printed-in-a-day.

4. Российский производитель строительных 3D-принтеров привлёк до $6 млн от фонда «Системы» и «Роснано» — https://vc.ru/finance/26597-apis-cor-6m.