3д принтер печатает дом
Технологии 3D-печати развиваются чрезвычайно быстро и используются в самых разных сферах жизни человека.
В последнее время большое внимание уделяется печати зданий, и напечатанные дома все чаще появляются в последние годы в разных странах мира — в США, Саудовской Аравии, Мексике, Франции, России, ОАЭ и других. Я подготовил список существующих на 2020 год зданий, возведенных методом строительной 3D-печати.
Что собой представляет 3Д-принтер для строительства.
Существующие на сегодняшний день строительные 3D-принтеры, отличаются конструкциями и методами возведения стен. Наиболее часто встречаются принтеры портальной конструкции, двух- и четырех- опорной конструкции, на базе руки-манипулятора или циркульной конструкции. Оборудование позволяет создавать малые архитектурные формы и элементы сооружений для последующей их сборки на месте, либо позволяют печатать здание целиком на строительной площадке. Высота и размеры печатаемого здания зависят от технических характеристик используемого принтера.
Как происходит процесс печати.
Экструдер выдавливает быстротвердеющую бетонную смесь с различными добавками. Каждый последующий слой наносится поверх предыдущего, благодаря чему образуется вертикальная конструкция. Бетонные слои, находящиеся снизу, таким образом, уплотняются, тем самым растёт их способность выдерживать следующие слои, а значит, и весь вес конструкции. Для упрочнения конструкции производится ее армирование, которое может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Укладка горизонтального армпояса производится между слоями, вертикальную арматуру устанавливают по окончании затвердевания состава, а затем заливают бетоном.
Преимущества 3D печати перед другими методами строительства.
Изготовление конструкций 3D-принтером открывает большие возможности для предприятий строительной и смежных отраслей. Практическое применение выявило следующие преимущества аддитивного производства:
- Снимает ограничения с фантазии дизайнеров и архитекторов, проектирующих здания, так как даёт возможности, не доступные при строительстве привычными нам методами.
- Высокая скорость возведения зданий и сооружений.
- Полная автоматизация процесса.
- Низкое энергопотребление оборудования.
- Значительная экономия в сравнении с классическими методами строительных работ за счёт снижения затрат на оплату труда персонала и энергоресурсы и ускорения сроков строительства.
- Полностью исключается образование отходов стройматериалов.
- Минимизация человеческого вмешательства в процесс строительства не только позволяет строить в недоступных для людей местах, но и на обычных территориях нивелирует человеческий фактор и уменьшает вероятность ошибки.
1. Июнь 2014. Китай. Китайская компания Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co представила дома, построенные с помощью техники 3D-печати в промышленном парке в китайской провинции Цзянсу. Всего было создано десять домов, каждый из которых стоил немногим больше трех тысяч фунтов стерлингов. За последовавшие десять месяцев технология была усовершенствована, и компания изготовила для выставки несколько разнотипных зданий, самое высокое из которых насчитывает пять этажей.
2. Август 2014. США. Компания Totalkustom Андрея Руденко отпечатала замок. Печать заняла в общей сложности 2 месяца.Скорость печати машины составляла 50 см за 8 часов. Основная часть замка размерами 3 м х 5 м и 3,5 м в высоту, была напечатана как единое целое, а башни затем были напечатаны отдельно.
3. Июль 2015. Китай. Китайская компания Zhuoda собрала двухэтажный дом в рекордно короткий срок. Модульный дом состоящий из шести модулей, созданных с помощью технологии 3D печати, были собран на месте менее чем за 3 часа. Конечно на самом деле около 90% работ были выполнены в цехах компании, а на участке они уже были только собраны в единое здание.
4. Сентябрь 2015. Филиппины. Компания Totalkustom Андрея Руденко построила апартаменты на территории гостиницы на Филиппинах, размерами 10,5 м х 12,5 м и высоту 3 метра. Здание было построено с применением местных материалов - песка и вулканического пепла.
5. Май 2016. ОАЭ. Китайская компания Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co отпечатала сборные конструкции для последующей сборки офисного здания в Дубае. Площадь одноэтажного здания составляет около 250 кв. м.
6. Март 2017. Россия. Компания Apis Cor представила первое полностью отпечатанное на строительной площадке здание площадью 37 кв. м.. Напечатанный дом имеет интересную форму, но как говорят сами участники: это лишь для того, чтобы показать гибкость технологии печати, форма построек может быть и привычной квадратной. В сравнении с другими строительными 3D-принтерами, этот принтер весьма компактный (4×1,6×1,5 м), весит 2 тоны, благодаря чему может спокойно транспортироваться на место строительства.
7. Октябрь 2017. Россия. В Ярославле компания Спецавиа представила первый в Европе и СНГ жилой дом, построенный с помощью технологии строительной 3D-печати. Строительство дома началось в 2015 году. Коробка здания была отпечатана портальным принтером по частям, а затем смонтирована на фундаменте за один месяц в декабре 2015 года. Летом 2017 завершено устройство крыши и проведен основной объем внутренних отделочных работ.
8. Март 2018. Франция. Компания Yhnova представила пятикомнатный одноэтажный дом с площадью 95 квадратных метров. Для его возведения инженеры использовали большой манипулятор, на конце которого закреплен экструдер для монтажной пены. Во время работы он наносил пену в соответствии с загруженной в него 3D-моделью здания. После нанесения пены строители периодически заливали возведенную часть бетоном, а также вставляли рамы дверей и окон.
9. Март 2018. США. Американская компания Icon возвела прототип дома в Техасе для подтверждения работоспособности своей технологии. Площадь здания составила 32 кв.м., печать выполнялась портальным типом 3D-принтера, передвигающегося по установленным на площадке рельсам.
10. Июль 2018. Испания. Компания Be More 3D отпечатала здание из бетона площадью 24 м2. Для постройки использовался двухопорный 3D-принтер , ширина которого составляет 7 метров, а высота 5 метров.
11. Сентябрь 2018. Дания. Компания 3D Printhuset отпечатала в Нордхавне офис площадью 50 квадратных метров. Используемый для печати 3D-принтер относится к типу «портальный» и имеет размер 8 x 8 x 6 метров. Скорость печати 2,5 метра / мин. Каждый слой 50-70 мм. Материал для печати - бетон, изготовленный в значительной степени из переработанных плиток и песка.
12. Октябрь 2018. Италия. Компания Crane Wasp используя трехопорный строительный 3D-принтер возвела здание за десять дней. В доме используется технология пассивного солнечного нагрева и естественная вентиляция.Состав для печати был создан на основе отходов от выращивания риса (он на 25% состоял из местной почвы (глина и песок), на 40%, из – из соломы, еще на 25% – из рисовой шелухи и на 10% – из гидравлической извести).
13. Ноябрь 2018. Италия. Компания Arup в коллаборации с архитектурным бюро CLS Architetti возвели здание за 1 неделю площадью 100 кв.м. Здание печаталось сегментами с последующей сборкой на строительной площадке.
14. Ноябрь 2018. Саудовская Аравия. Нидерландская компания CyBe Construction завершила строительство здания площадью 80 кв.м. На 3D-печать необходимых элементов ушло около недели, а на сборку чуть больше суток. Стены состоят из 27 напечатанных блоков, на изготовление парапетов понадобилась еще 21 блоков.
15. Август 2019. США. Компания S-Squared 3D Printers (SQ3D) показала прототип жилого дома, который можно от пола до крыши возвести всего за двенадцать часов. Дом имеет площадь 46 м2. В процессе печати использовался 3D-принтер двухопорной конструкции.
16. Октябрь 2019. ОАЭ. Компания Apis Cor объявила о завершении строительства крупнейшего в мире здания с помощью технологии 3D-печати. Расположенное в Дубае, здание площадью 650 кв. метров имеет высоту здания 9,5 метров и вошло в Книгу рекордов Гиннесса как самое большое здание, отпечатанное непосредственно на строительной площадке.
17. Декабрь 2019. Мексика. Американская компания Icon возвела два жилых здания по заказу некоммерческой организации New Story, в юго-восточной Мексике. Отпечатанные здания имеют плоскую крышу, изогнутые стены и площадь 46,5 квадратных метров
Как видно из внушительного перечня завершенных проектов, прогресс в сфере строительной 3D печати явно не стоит на месте, постоянно внедряются новые методики, создаются различные материалы, в том числе из переработанного сырья, разрабатывается высокотехнологичное оборудование. За короткий промежуток времени технология заинтересовала большое количество предприятий, которые занимаются разработкой оборудования, специальных строительных смесей, библиотек конструкционных решений для проектирования зданий под 3D-печать, а также подготовкой законодательно-нормативной и регуляторной базы.
Уверен, что в будущем весь процесс строительства сможет стать полностью автоматизированным, без вмешательства людей не только при печати фундамента и стен, но и при печати перекрытий и крыш, автоматически устанавливать инженерные коммуникации, двери и окна. Также, возможно, в будущем мы не будем ограничиваться печатью домов в 2-3 этажа, а сможем перейти к многоэтажному строительству. Все это уже не является чем-то невозможным и перестало звучат как фантастические мечты о высокотехнологическом будущем. Нужно лишь дать время для естественного хода эволюции технологии 3D строительства.
В 2015 году нидерландское бюро Dus Architects построило крошечный дом площадью 8 кв. м. Он находится в промышленном районе Амстердама, и его может арендовать любой желающий. Несмотря на небольшую площадь, в убежище есть веранда и диван, который превращается в двуспальную кровать. Ванная, тоже созданная на 3D-принтере, вынесена на улицу. Убежище построили из биопластика на основе льняного масла. Чтобы сделать устойчивый дом без тяжелых каркасов, инженеры сконструировали стены в виде пчелиных сот.
«Городское убежище» — часть проекта по строительству временного функционального жилья. Власти Нидерландов надеются, что в будущем 3D-печать поможет обеспечить жильем жертв стихийных бедствий.
Дома из мусора и глины — 30 и 60 кв.м
Итальянская компания WASP напечатала крошечный дом площадью 30 кв. м, себестоимость которого составила всего около $1 000. Постройка получила символичное название Gaia — в честь Геи, древнегреческой богини Земли, поскольку при строительстве использовались только природные материалы.
Инженеры уверены, что экономичную технологию можно использовать для строительства временных убежищ для жертв природных катастроф или беженцев. Дом стал частью проекта «Деревня Шамбала» — первого в мире поселения, где все здания будут напечатанными.
Другой проект WASP — футуристичный дом Tecla, созданный в 2021 году вместе с бюро Mario Cucinella Architects. Жилое здание площадью 60 кв. м напечатали за 200 часов.
Принтер компании может использовать в качестве «чернил» как бетон, так и биоразлагаемую смесь из глины, соломы, рисовой шелухи и гидравлической извести. Строительство происходит в два этапа: сначала печатают бетонный каркас стены, а затем принтер заполняет ее внутренний слой глиной. Главное преимущество технологии, которую использует WASP — отсутствие строительного мусора.
Напечатанный дом в Подмосковье — 37 кв. м
Необычный дом в подмосковном Ступине — один из первых проектов Apis Cor, бостонского стартапа с российскими корнями. Строительство здания завершилось зимой 2017-го. Дом площадью 37 кв. м построили за 20 часов, а его себестоимость составила ₽590 тыс.
Для печати использовали специальную бетонную смесь — фибробетон. Материал схватывается только при температуре выше 5°С, поэтому место возведения накрывали шатром. При этом готовое здание выдерживает температуру до минус 35°C. Для строительства использовали промышленный принтер массой 2,5 т, который позволяет конструировать до 100 кв. м жилья в сутки.
В отличие от большинства конкурентов, Apis Cor печатает свои здания прямо на месте строительства, а не собирает их из заранее подготовленных блоков. Дом в Ступине стал рекламой технологий стартапа: основатель Apis Cor Никита Чен-юн-тай намеревался продавать принтеры, а не дома. Задумка российского стартапера была удачной — об инновационном доме в Подмосковье написали даже в Time.
Дома для бездомных — 38 и 45 кв. м
Icon — американский роботехнический стартап, который занимается 3D-печатью масштабных объектов. Например, вместе с NASA они сконструировали прототип ракетной посадочной площадки, а сейчас планируют проект напечатанной лунной космической станции «Олимпус». Но компания занимается и более приземленными постройками.
Вместе с дизайн-бюро Logan Architecture в 2020 году Icon напечатали шесть домов для бедных. Площадь каждого — 38 кв. м. Для строительства использовали 3D-принтер Vulcan II и специальный бетон. Во всех зданиях есть оборудованная кухня, гостиная, спальня и ванная комната. 3D-квартал возвели на территории уже существующего сообщества для бывших бездомных, где сейчас проживает более двухсот человек.
В Мексике Icon сотрудничает с New Story — фондом, который собирает пожертвования на строительство безопасного и дешевого жилья для бедного населения. В 2019-м организаторы проекта заявили, что планируют напечатать 50 домов, в каждом из которых будет по две спальни, ванная, кухня и гостиная. Площадь мексиканских домов — 45 кв. м.
Поскольку дома, которые печатают на 3D-принтерах, строятся в разы быстрее и дешевле обычных, они могут стать спасением для бездомных.
«Дом Лотоса» — 60 кв.м
В 2018 в Китае создали солнечный «Дом Лотоса» площадью 60 кв. м. Его спроектировали студенты Вашингтонского университета в рамках конкурса Solar Decathlon China 2018. Задачей участников было создать экологичное здание, которое будет работать от альтернативных источников энергии. Студенческая команда пошла дальше и решила, что даже сам процесс строительства должен быть безотходным и углеродно-нейтральным.
Само здание только частично создано с помощью 3D-принтера. На нем инженеры изготовили формы для отливки бетонных стен. Преимущество такого подхода в том, что напечатанные конструкции можно использовать не менее ста раз. При обычном строительстве используют деревянные формы, которые изнашиваются уже после двух отливок.
Само здание было выполнено в форме лотоса — проектировщики заявили, что в дизайне они хотели подчеркнуть красоту и деликатность китайской культуры.
Первый двухэтажный напечатанный дом в Германии — 80 кв. м
Двухэтажная вилла, которую напечатали в земле Северный Рейн-Вестфалия — пример использования 3D-печати в строительстве элитного жилья с нестандартным дизайном. Жилая площадь здания составила 80 кв. м. 3D-вилла — совместный проект бюро MENSE-KORTE ingenieure+architekten и застройщика PERI GmbH.
При возведении виллы использовали уникальный 3D-принтер BOD2, который умеет печатать трубы. Эта особенность «развязывает руки» дизайнерам: сложные инженерные решения на BOD2 можно выполнить быстрее и дешевле, чем при стандартном строительстве. ArchDaily пишет, что инновационный принтер, который использовали при строительстве немецкой виллы, может печатать 1 кв. м стены всего за пять минут.
Дом-экосистема Curve Appeal — 240 кв. м
Другой пример концептуальной 3D-печати — дом-экосистема Curve Appeal площадью 240 кв. м. Здание принадлежит бюро WATG Urban Architecture Studio. Печать здания завершилась в 2020 году.
Стройка продолжалась три года. Проект здания был создан еще в 2016, и тогда занял первое место на конкурсе The Freeform Home Design Challenge. От организаторов дизайнеры получили $8 тыс. на реализацию концепции.
Curve Appeal выполнено из 28 напечатанных панелей. Необычная конструкция поддерживает микроклимат дома: по словам дизайнеров, температура внутри здания не зависит от погоды снаружи.
Самое большое в мире напечатанное здание в Дубае — 641 кв. м
Крупнейшее в мире здание, напечатанное на 3D-принтере, находится в ОАЭ. Постройку площадью 641 кв. м для муниципалитета Дубая в 2019-м году возвел Apis Cor — тот самый стартап с российскими корнями, который напечатал дом в Подмосковье. По плану властей Дубая, к 2030 году 25% новых зданий будут построены с применением 3D-печати, поскольку технология позволяет снизить цену на строительство в шесть раз.
По структуре и внешнему виду здание похоже на обычное, из бетона и арматуры. На его печать ушло 500 часов, но подготовка к возведению заняла целых три года. Создатель Apis Cor, россиянин Никита Чен-юн-тай, рассказал, что этот проект принес ему $1 млн выручки и привлек новых заказчиков. Среди них — киностудия Orwo из Луизианы, для которой стартап будет печать декорации к фильмам.
Самое большое здание в мире по технологии 3D-печати, занесенное в Книгу рекордов Гиннеса, — дело рук иркутской компании Apis Cor. Это муниципалитет Дубаи площадью 640 м², ставший первой двухэтажной 3D—печатной конструкцией высотой 9,5 м. До чего дошел прогресс?! Любопытно, что 3D-печать добралась и до частного домостроения
Сам метод 3D-печати существует с начала 1980-х годов, но в последнее время набирает обороты. Его используют для изготовления самых разнообразных изделий — от зубных имплантатов и до деталей для самолетов. За исключением технологических нюансов, сам принцип везде один и тот же — объемный предмет создается из множества слоев. Цифровая модель разделяется на слои специальной программой — слайсером, а принтер печатает эти слои, постепенно составляя из них трехмерный объект.
С 3D-печатными домами это происходит так. Пастообразная смесь на основе бетона выходит через сопло и закрепляется. Поверх него наносится еще один слой, затем еще один и т.д. Изменяя форму (а иногда и состав каждого слоя), можно создавать объекты, которые было бы трудно или невозможно построить традиционными способами. И что еще немаловажно, в отличие от привычных строительных процессов, отходы практически сведены к нулю. Главный вопрос, могут ли 3D-печатные дома стать повсеместно востребованными? Попробуем разобраться.
Сплошные плюсы
- Быстрее быстрого. 3D-печать дома значительно быстрее по сравнению с традиционными технологиями строительства. В большинстве случаев процесс занимает всего несколько дней. Так, к примеру, на возведение стен первого напечатанного жилого коттеджа в 38 м² потребовалось всего лишь 24 часа. (Он был построен выше упомянутой компанией Apis Cor еще в 2017 году.). Остальные работы (монтаж кровли и окон, внутренняя и внешняя отделка) заняли еще около трех недель. Оговоримся, что пока 3D-принтеры могут создавать только фундаменты, а также внешние и внутренние стены.
- Принтер на все руки. Для 3D-печатного дома требуется значительно меньше рабочих, чем на обычных стройплощадках, так как роль главной рабочей силы играет печатное оборудование. Сравните, традиционное строительство многоэтапно, оно включает бригаду в среднем из 5-10 человек, которые находятся в непрерывном рабочем движении: разгружают, перевозят, готовят материалы и т.д. С 3D-принтером требуется всего несколько человек, чтобы контролировать процесс.
По данным компании Heidelberg Cement, 3D-печать может сократить количество рабочих на участке, как минимум, на 70%
- Не только время, но и деньги. Само возведение напечатанных домов дешевле. Меньшее время, затраченное на стройплощадке, сокращение числа рабочих — как результат, окончательные расходы значительно ниже. Все тот же дом (38 м²) от Apis Cor в 2017 году обошелся в сумму 593,6 тыс. руб.
Безусловно, само оборудование, то есть строительный 3D-принтер, как любая передовая разработка, пока еще очень дорого стоит. По мере развития технологии затраты, связанные с оборудованием и эксплуатацией, несомненно будут снижаться
- Свобода творчества. 3D-принтер дает возможность создавать сложные формы без дополнительных усилий. Например, он умеет строить замысловато изогнутые стены так же легко, как и прямые. Благодаря этому, реализовывать гибкие формы и оригинальные архитектурные идеи, а также оптимизировать внутреннее пространство становится проще.
- Эффективное использование материалов. 3D-принтеры производят меньше отходов, так как в дело идет только необходимое количество материала — нет обрезок и пр. Кроме того, исходные смеси на основе бетона бесформенны, а значит, любые остатки допустимо использовать на следующем объекте. Строительным материалом может выступать также грунт со стройплощадки. Например, дом Gaia от компании WASP строили из смеси, в состав которой входит 25% почвы, взятой на месте (песок и глина), 40% соломы, 25% рисовой шелухи и 10% извести.
3D-печать домов полезна в кризисных ситуациях, как гуманитарная помощь после стихийных бедствий (землетрясений, пожаров и пр.), когда люди остаются без жилья
А что из этого следует?
О перспективности 3D-печати говорят цифры. В 2019 году производитель бетонных 3D-принтеров COBOD сообщил о прибыли уже на второй год своей деятельности. И это огромное достижение, учитывая, насколько сырым пока остается само направление.
По данным, опубликованным на сайте GlobeNewswire ожидается, что мировой рынок строительной 3D-печати вырастет с 4,4 миллиона долларов в 2019 г.до 114,4 миллиона долларов в 2023 г.
Дом со всем необходимым внутри, напечатанный на 3D-принтере всего за сутки
Компания Mighty Buildings в течение трех лет разрабатывала технические решения для воплощения в жизнь интересного проекта — строительства частных домов с помощью 3D-принтера за рекордные 24 часа.
Недавно компания вышла на рынок с уже готовым решением, предоставляющим возможность всем желающим заказать полностью укомплектованный дом, который создадут буквально за сутки.
В проекте Mighty Buildings применяется высокотехнологичный композит на основе реактопластов и минеральных наполнителей. Данный материал сравним по прочности с бетоном, но больше подходит для печати.
Дом строится на огромном 3D-принтере, установленном в производственном помещении компании. Композит практически сразу полимеризуется под воздействием ультрафиолета, что во много раз ускоряет процесс. Теплоизоляцию пеной и шлифовку стен выполняют роборуки. Они же наносят праймеры и штукатурку, так что рабочие на строительстве не нужны.
Напечатанный дом площадью от 32,5 до 285 м² оборудован в соответствии с проектом и пожеланиями заказчика. В стоимость 115 000 долл. входит не только само здание, но и его оснащение, включая основные предметы мебели, сантехнику и бытовые приборы. Даже типовой проект позволяет сразу же заселяться в дом и жить со всеми удобствами и комфортом.
Александр Маслов сделал 3D-принтер, умеющий печатать материалы для строительства домов. Начал продавать оборудование в России и Европе. И напечатал на нем стены своего дома. Сегодня трехмерная печать в строительстве — тренд, но все еще вызывает удивление и недоверие. В чем суть этой технологии, кому нужно печатать дома и сколько денег можно так сэкономить на стройке.
Сколько принтеров сделали и выбросили
Офис "Спецавиа" находится на окраине Ярославля, рядом с лесом, в старой двухэтажке с двором, заваленным ломом и бетонными блоками. Вряд ли кто-то так представляет себе место работы инновационного стартапа, резидента "Сколково", обладателя гранта от Фонда Бортника. И сам Маслов — крупный мужчина в клетчатой рубашке — похож на хозяина, скажем, обычной стройфирмы, а не на типичного гика-инноватора, каких много в сфере технологий. Раньше он работал в консервативном бизнесе.
— Мы занимались инфраструктурой аэропортов — проектировали и делали подъездные дороги, фундаменты, мачты. Были в аэропорту Пулково? Там есть бело-красная диспетчерская мачта из стекла и пластика — это наша. Сделали все аэропорты по Енисею, в Ростове-на-Дону, Волгограде, Магадане. Но командировки стали невыносимы. Последняя была в 2014 году — я уехал в мае, а вернулся в сентябре. Когда приехал домой, два месяца просто сидел на крылечке и думал: чем заняться.
Решил открыть завод по выпуску станков плазменной резки металла — на них делают строительные материалы для зданий. Тогда такие станки были в тренде: производители открывались один за одним. Быстро конкуренция на рынке усилилась, а Маслов задумался: что еще придумать.
— Появился тренд на 3D-печать в строительстве. Даже название прижилось: Construction Objects Printing (СОР) — печать строительных объектов. Китайцы понемногу начали печатать дома. Инженер Андрей Руденко напечатал мини-замок в США. Мы захотели попробовать — открутили голову от станка плазменной резки и начали печатать разные стройматериалы. Первым продуктом была бетонная лавочка. Мы так обрадовались, что все получается, что не продумали как ее — полторы тонны — вытаскивать из цеха.
И завертелось. До первого работающего 3D-принтера пришлось собрать, протестировать и выбросить 40 прототипов. Александр Маслов не называет объем инвестиций, но объясняет: "Чтобы сделать 3D-принтер ценой в миллион рублей, нужно вложить в 30 раз больше". Сегодня у фирмы семь разных принтеров.
"Дома печатать, как же!"
Разработчик не собирался сам печатать материалы, а хотел только продавать оборудование. Ту самую лавочку показали застройщикам и предпринимателям, которые обустраивают города. Продавцы лавочек какое-то время были основными покупателями станков.
"Напечатать лавочку — 30 минут. Ее себестоимость — около тысячи рублей. Коммерсанты продают в среднем по 5 тысяч рублей. А одна московская фирма — за 30 тысяч".
Читайте также: