Содержание
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.
АМТ-СПЕЦАВИА – первый в России производитель 3D-принтеров для строительства домов. Станкостроительная компания «СПЕЦАВИА» основана в 2009 году в Ярославле, как производитель профессионального ЧПУ-оборудования. В 2012 году руководство компании обратило внимание на рост интереса к теме строительной 3D-печати. В течение трёх лет велись исследования и подготовительные работы. В 2015 году было начато первое в Европе и СНГ серийное производство строительных 3D-принтеров.
В настоящее время модельный ряд АМТ-СПЕЦАВИА включает шесть строительных принтеров малого и большого формата, предназначенных для
изготовления малых архитектурных форм и элементов ландшафтного дизайна,
производства элементов зданий и сооружений, с последующей сборкой на стройплощадке,
для печати зданий непосредственно на фундаменте.
В 2016 году предприятие освоило выпуск профессиональных 3D принтеров большого формата для печати пластиком и полиуретаном. FFF (FDM) принтер «BIGEMOT» осуществляет печать изделий объемом до 1,2 куб.м. Такие принтеры можно использовать для изготовления не только моделей, прототипов и тестовых образцов, но и готовых изделий.
В 2018 году Группа компаний «АМТ-СПЕЦАВИА» представила две новые модели крупноформатных принтеров для печати зданий от двух этажей и выше: S-300 и S-500. По утверждению производителя , в настоящее время S-500 является самым большим в мире строительным 3D-принтером.
Все 3D-принтеры АМТ-СПЕЦАВИА имеют сертификаты промышленной безопасности, зарегистрированные ТУ (технические условия), декларации о соответствии техническому регламенту на территории Таможенного Союза (ТР ТС) и сертификаты Евросоюза (CE). Они поставляются на экспорт и, помимо России, работают в Европе, Средней и Юго-восточной Азии.
. Основные преимущества, на которые стоит обратить внимание это высокая скорость до 600 мм/с, датчик акселерометра внутри печатающей головы, закрытый корпус и мощнейшая двойная система охлаждения. А теперь разберём подробнее:Скорость без границ: При ускорении 20000 мм/с2 скоростьдостигает 600 мм/с всего за 0,03 с, обеспечивая максимальную скорость печати в 90% случаев. Как заявляет производитель эти показатели в 12 раз лучше, чем у обычного 3D принтера технологии FDM., обладающий потрясающей скоростью, пробудит в людях интерес к 3D-печати. Высокая скорость сокращает время печати и повышает эффективность. Он потребляет меньше энергии при той же производительности, следовательно, более экологичен. Самое главное, что принтер фокусируется на чистоте поверхности напечатанной модели.Прочная и лёгкая конструкция:сочетает в себе кинематику Core XY и легкую печатающую голову весом 190 г для уменьшения инерции движения.Скорость потока материала: Скорость потока достигает 32 мм3/с. Кольцевой керамический нагреватель, охватывающий по кругу сопло, нагревается до 200 ℃ за 40 секунд и мгновенно расплавляет нить накала. Двухступенчатый экструдер прямой подачи, обеспечивающий усилие выдавливания в 50 Ньютонов. Хотэнд с защитой от перегрева из титанового сплава и соплом из медного сплава, превосходно работающим при температуре до 300 ℃.Качественное охлаждение: Установлены кулеры на печатающего голове, охлаждающие зону печати напрямую. Дополнительная система охлаждения, мощностью 18 Вт, установлена на боковой стенке внутри принтера способствует наиболее эффективному охлаждению зоны печати. Свеженапечатанный слой модели затвердевает до того, как какие-либо дефекты. Это позволяет создавать качественные мосты и выступы без дополнительных опор.Слайсер: Новейший слайсер собственной разработки Creality Print 4.3 включает в себя множество предварительных настроек и упрощает процесс нарезки до 3 простых этапов. Что еще лучше, он обеспечивает высокую скорость печати с переменной шириной линии, траекторией дуги и так далее.ОС:использует интеллектуальную операционную систему от Creality. Он имеет простой пользовательский интерфейс и синхронизирует данные и команды с ПК, телефоном, облаком и дополнительными модулями. Creality CR-K1 может печатать через USB-накопитель или Wi-Fi. При подключении к сети K1 можно управлять или контролировать удаленно из Creality Print или Creality Cloud APP / WEB.Управление фермой принтеров Creality CR-K1 доступно при подключении их всех к сети. Как только печать будет завершена или произойдет сбой, на ваш телефон или компьютер будет отправлено уведомление. Двухъядерный процессор snappy с частотой 1,2 ГГц обеспечивает высокоскоростную печать с легкостью. В памяти объёмом 8G хранится до 400 файлов моделей, и обеспечивается быстрая запись и чтение.Акселерометр: Благодаря установленному датчику вибраций в голове принтера, на высокой скорости устраняется резонанс и вибрации конструкции, что в свою очередь позволяет добиться равномерного потока, отсутствия горизонтального и вертикального воблинга и высокой детализации.Принтер безусловно хороший и доказывает свою эффективность с первого взгляда. Мы однозначно можем рекомендовать его к покупке!
Базовые расчеты и сведения, полученные от предпринимателей, которые уже используют технологию в собственном бизнесе, позволяют оценить прибыльность использования строительного 3D принтера как бизнес идеи:
Строительство с использованием 3D принтеров – сфера, находящаяся в начальной стадии развития. Сложно предсказать, насколько прибыльным может оказаться такой вид бизнеса. Успех во многом будет зависеть от дизайнерских способностей, величины населенного пункта, востребованности продукции в выбранной нише и т. д.
Очевидно, что строительные 3D принтеры будут совершенствоваться и повсеместно внедряться, поскольку они позволяют автоматизировать и ускорить процесс строительства, а также значительно снизить себестоимость построек.
Однако пока неизвестно, смогут ли когда-либо эти устройства полностью заменить ручной труд, но первый шаг тенденции уже пройден.
В мире разработаны и продвигаются на рынок три типа принтеров.
Принтер с портальной системой позиционирования представляет собой раму, по которой движется печатающее устройство (экструдер). Такой принтер производит печать объектов внутри системы перемещения, что приводит к увеличению габаритов принтера для масштабных строительных объектов.
Робот-манипулятор перемещает экструдер при помощи «роботизированной руки», что позволяет устанавливать принтер как снаружи, так и внутри печатного объекта. Характеризуется небольшими габаритами и весом, позволяющими достигать высокой мобильности принтера.
Кабельная подвесная система (дельта-принтер) осуществляет трехмерное перемещение печатающей головки с помощью специальных тросс-кабелей внутри внешней рамы. Это определяет возможность печати высоких объектов, но с очень ограниченной площадью.
У всех видов принтеров есть как достоинства, так и недостатки, соотношение которых и определяет их конкурентоспособность.
Пока в нашей стране проводились опытно-промышленные испытательные работы в строительстве одноэтажных зданий (5–7 случаев) и в малых архитектурных формах (до 100 ед. надгробий, бульварных скамеек, декоративных беседок и т. п.). По состоянию на декабрь 2022 года в России в разной стадии реализации находится шесть проектов 3D-печати в жилищном строительстве. О самом продвинутом рассказал СМИ заместитель министра строительства РФ Александр Ломакин. Он сообщил, что в селе Айша Зеленодольского района Татарстана первыми в России начали строить целый комплекс жилых домов с помощью 3D-печати.
Удивительно, но в России не замечен ни один импортный принтер, все машины отечественного производства. За период 2015–2022 годов малыми сериями строительные принтеры производили три компании: ООО «Апис Кор», ООО «Спецавиа» и ООО АМТ; разработки осуществляли «Аркон Констракшн», «Бум 3D-принтер», «Парк 3D», «Смартбилд» и др. Появились специализированные инжиниринговые компании, например, ООО «3Д-Строй» (Казань), «3Д Стройдизайн» (Воронеж), ООО «Хабаровск 3Д» (Хабаровск). ООО «Фирма «Вефт»» (Королев) производит смеси для печати малых форм, ООО «3Д Арт» (Москва) оказывает услуги по запуску 3D-производства.