Содержание
Серийная 3D-печать зданий становится реальностью — с помощью строительных 3D-принтеров печатают дома в России, Китае, странах Европы, Азии и Америки. В этом обзоре мы рассказываем о наиболее перспективных отечественных и зарубежных проектах в этой области.
А начнем мы с технологии. Принцип работы строительных 3D-принтеров заключается в экструзии — или выдавливании — специальной смеси, слой за слоем, по заданной трехмерной компьютерной модели.
Заранее подготовленная смесь, состоящая из цемента, наполнителя, пластификатора и других добавок, загружается в бункер устройства и оттуда подается к головке принтера. Смесь наносится на поверхность площадки или предыдущие напечатанные слои.
По такому принципу работает большинство строительных 3D-принтеров. Среди них различают три типа устройств:
Портальные 3D-принтеры представляют собой конструкцию из рамы, трех порталов и печатающей головки. С помощью таких устройств можно печатать здания и по частям, и целиком — если они умещаются под аркой принтера.
Устройства типа «дельта» не зависят от трехмерных направляющих и могут печатать более сложные фигуры. Здесь печатающая головка подвешивается на рычагах, которые крепятся к вертикальным направляющим.
Наконец, роботизированные принтеры — это робот или группа роботов типа промышленного манипулятора, оснащенных экструдерами и управляемых компьютером.
Есть и другие методы строительной 3D-печати. Например: оборудование D-Shape печатает наслоением порошкового материала с последующим связыванием его нанесением клеящего раствора.
Основным материалом для 3D-печати домов являются мелкозернистые смеси, которые отличаются от традиционного бетона. Каждая компания разрабатывает свою рецептуру, которая соответствует устройству принтера и его сопла, а также специфике готовых изделий.
Самые важные параметры бетона для 3D-принтера — это прочность, скорость застывания и набора прочности, пластичность. Свойства бетона регулируются составом смеси — количеством цемента и качества заполнителей, а также добавками пластификаторов.
Готовые смеси позволяют печатать элементы различной сложности и размеров — от малых архитектурных форм, типа клумб и скамеек, до целых зданий, мостов и даже небоскребов.
В 2009 году резиденты стартап-инкубатора “Университет Сингулярности” (Singularity University aka Singularity Education Group , осн. в 2008 в NASA Research Park, Калифорния), под руководством Берока Хошневиса (Behrokh Khoshnevis), создали проект по развитию и коммерческому применению технологии контурного построения — Contour Crafting , которая считается первой строительной технологией 3D-печати и фактически стала самой распространенной — это та самая технология, при которой цементная смесь наносится экструдером, подобно пластику при печати FDM.
Основанная Бероком Хошневисом одноименная компания развивает эту технологию 3D-печати и сотрудничает с NASA. Разработчик предлагает использовать этот метод печати для восстановления пострадавших от стихийных бедствий городов и строительства сооружений на других планетах.
Компания использует для 3D-печати зданий управляемый компьютером портальный кран с закрепленным на нем экструдером. В процессе Contour Crafting задействован быстросхватывающийся материал, который наносится краном послойно. Технические элементы, такие как арматура и коммуникации, могут быть добавлены по мере создания слоев.
Российская компания АМТ входит в группу компаний «АМТ-СПЕЦАВИА». Сфера ее деятельности — разработка и производство строительных 3D-принтеров, продажа и сервисное обслуживание оборудования на зарубежных рынках. Ассортимент компании состоит из семи 3D-принтеров разных размеров.
Этот дом в Ярославле — самое большое здание в Европе и СНГ, построенное с применением принтеров компании AMT. Его общая площадь — 298 квадратных метров.
Для постройки здания нужна готовая 3D-модель, быстротвердеющий бетон и строительная площадка, которую достаточно разровнять стандартной строительной техникой. Большинство из 3D-принтеров печатают по единому принципу – путем наслоения бетонной смеси, выдавливаемой из сопла экструдера. Есть исключения, такие как принтеры D-Shape, которые печатают наслоением порошкового материала с последующим связыванием по всей ширине установки.
Строительные 3D-принтеры разнообразны — это машины и с полярной схемой работы (вращающиеся 3D- принтеры), и дельта-принтеры, и основанные на роботах-манипуляторах. Пригодные сегодня к экструдированию бетонные смеси позволяют печатать элементы различной сложности и размера — от малых архитектурных форм, типа клумб и скамеек, до целых зданий, мостов и даже небоскребов, потому и принтеры отличаются не только устройством, но и масштабами.
Различают несколько видов строительных принтеров:
XYZ-принтеры (портальные)
Оборудование представляет собой раму, по которой движется головка, по осям ХУ. Для подвески печатной головки обычно используется три портала. Порталы перемещаются с помощью шаговых двигателей, обеспечивающих наибольшую точность. Они предназначены для печати зданий по частям — в цеху; и для печати внутренних стен, при установке принтера внутри возводимого здания. Небольшие строения, полностью умещающиеся под аркой принтера, печатаются целиком за один раз.
Дельта
Принтеры типа «дельта», в отличие от портальных установок, не зависят от трехмерных направляющих и могут печатать более сложные фигуры. Здесь печатающая головка подвешивается на тонких рычагах, которые крепятся к вертикальным направляющим.
Роботы
Роботизированные принтеры-манипуляторы – робот или группа роботов типа промышленного манипулятора, оснащенных экструдерами и управляемых компьютером. Частный случай принтера-робота — 3D-принтер с полярной схемой работы, который находится внутри строящегося здания, обычно — в центре. Примеры таких роботов: приведенный на гифке выше гусеничный аппарат из MIT и робот российской компании Apis Cor, о которых мы расскажем дальше.
D-Shape
Технические особенности делают из D-Shape отдельный класс строительных принтеров — он печатает не раствором, а сухим порошковым материалом, каждый слой которого укладывается на желаемую толщину и уплотняется, а затем пропитывается связующим веществом из сопел принтера. Завершенная деталь очищается от лишнего сырья.
Строительные смеси
Основным материалом для печати является бетон. Бетон для строительной печати должен подходить для экструзии через печатающую головку. Это не так просто, как может показаться на первый взгляд. Сложность в том, что бетон должен укладываться правильными ровными слоями, не растекаясь, и схватываться достаточно быстро для сохранения формы, но не слишком быстро — накладываемые слои должны оставаться химически активными, чтобы образовывать единую структуру в месте соприкосновения. Снижение скорости схватывания важно и для сохранения работоспособности оборудования — сопло не должно забиваться затвердевающим бетоном.
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. Пластифицирующие вещества значительно увеличивают подвижность смеси и уменьшают водоцементное отношение, что повышает прочность бетона.
Как уже анонсировал Серега , я начинаю публиковать цикл статей по сборке принтера Ultimaker своими руками. В статьях я расскажу про постройку принтера, начиная от заказа запчастей в различных интернет магазинах и Ali, сборки, программирования и т.д., а так же буду собирать его сам вместе с Вами.
Статьи будут написаны в стиле IKEA — доступно и понятно для любого желающего!
Вы сможете в онлайн режиме вместе со мной собрать 3D-принтер для себя, задать вопросы в комментариях к статьям и получить мои ответы. Статьи будут выпускаться с периодичностью в 2 недели.
Стоимость: принтер обойдётся Вам примерно в 25 тысяч рублей — это будет надёжный и качественный аппарат.
Почему здесь и сейчас?
Большинство посетителей сообщества находятся в поисках принтера. Я сторонник сборки принтера своими руками, а что будет дальше, каждый решает сам.
Почему самодельный? Причин несколько: