Напечатай мне дом

Поддерживающие материалы

Это вторые по важности расходные элементы после материалов для печати. Они нужны для создания опорных конструкций для сложнодетализированных моделей, в которых предусмотрен промежуток между слоями. Есть несколько видов поддерживающих материалов: — Легкоплавкие

Как правило, это вещества из воска или геля. Их можно легко удалять из объекта после создания, а также использовать повторно. — Вымываемые или растворимые. Это пластиковые или гелеобразные субстанции, которые растворяются в воде или химическом составе. Они хороши для создания сложных изделий с множеством внутренних пустот, а готовая модель после очистки от «поддержки» не нуждается в обработке. — Удаляемые механически. Как правило, изготавливаются из тех же веществ, что и материалы для печати, только в менее концентрированном виде. Они дешевле остальных видов «поддержки», но менее удобны. После модель необходимо отшлифовывать

Есть несколько видов поддерживающих материалов: — Легкоплавкие. Как правило, это вещества из воска или геля. Их можно легко удалять из объекта после создания, а также использовать повторно. — Вымываемые или растворимые. Это пластиковые или гелеобразные субстанции, которые растворяются в воде или химическом составе. Они хороши для создания сложных изделий с множеством внутренних пустот, а готовая модель после очистки от «поддержки» не нуждается в обработке. — Удаляемые механически. Как правило, изготавливаются из тех же веществ, что и материалы для печати, только в менее концентрированном виде. Они дешевле остальных видов «поддержки», но менее удобны. После модель необходимо отшлифовывать.

Производители

Помимо китайских и кустарных принтеров (да, его реально собрать дома самостоятельно), есть несколько моделей, которые популярны больше остальных, и поэтому их поддержка программным обеспечением максимально широка, если можно так говорить о столь новой области. На сегодняшний день это модели MakerBot Replicator 2, PrintBox3D One, Picaso Designer, UP Plus 2, Cube и CubeX. Отличия у каждого из них сводятся к перечисленным в предыдущем параграфе пунктам, размерам камеры и различным дополнительным опциям наподобие Wi-Fi-модуля. Помимо этих моделей, есть, конечно, и другие, но опять-таки нельзя сказать, что они сильно отличаются с технической точки зрения: всё-таки это больше страна-производитель, размеры, скорость печати и количество поддерживаемых типов пластика.

Вот такие они, поворотные принтеры

Напоследок нужно сказать про поворотные 3D-принтеры. Они пока что совсем никакой популярностью не пользуются, но у них есть всё-таки ряд существенных преимуществ по сравнению с «традиционными» 3D-принтерами — если последние можно так назвать. Главное из них — 3D-принтер с поворотной платформой обеспечивает больший рабочий объем по сравнению с устройствами, работающими в декартовой системе координат. Такой принтер использует полярную систему координат (радиус и угол), чтобы рассчитать движение печатной головки: система автоматически конвертирует модели, созданные в декартовой системе координат, в полярные координаты. Поэтому с подобным 3D-принтером можно использовать стандартное ПО, использующееся в «традиционных» 3D-принтерах без поворотной платформы. Физически это выглядит вполне очевидно: платформа вращается, а его экструдер движется по радиусу платформы от её центра к краю. Такая конструкция в два раза сокращает путь экструдера и снижает необходимость его поддержки.

Этапы 3D печати в строительстве

Применяя аддитивную технологию в строительстве можно не только сделать малые архитектурные формы, такие как урны, скамейки, мосты, фигурки для ландшафтного дизайна, но и построить дом. Причём сделать это можно двумя способами:

собрать из напечатанных блоков;
напечатать дом на месте с помощью полевого 3D принтера.

Не зависимо от способа возведения дома по аддитивной технологии первым этапом будет создание проекта будущей постройки. Впрочем, тут ничего не меняется по сравнению с традиционным методом строительства. Разве что модель должна быть трёхмерной, в электронном виде. Это касается изготовления не только домов, но и других конструкций.

Большинство аддитивных принтеров понимают популярные графические форматы – AutoCAD, Компас-3D, ArchiCAD, и умеют переводить их в визуальные слои для формирования карты рабочего процесса. Так что специальную программу для него использовать не придётся.

После подготовки проекта, основным отличие будет то, что после печати строительных элементов их необходимо будет смонтировать на участке. Тогда как возведение 3D одноэтажного дома целиком осуществляется самим принтером. Также, при печати здания на участке, ещё во время работы оборудования можно устанавливать входные тубы для коммуникаций и электропроводки. При необходимости, ставить армирующие элементы.

Следующим этапом является установка оборудования и подготовка расходных материалов, в частности мелкодисперсного раствора. В качестве «чернил» строительный 3D принтер может использовать пескобетон, специально подготовленную смесь на основе цемента или гипса. Рецепт приготовления раствора обычно указан в инструкции к принтеру и/или предоставляется производителем.

После подготовительных работ, оператор запускает печать и строительный 3D принтер начинает выдавливать раствор по заданной траектории. Слой за слоем создаются внешние и внутренние стены здания или отдельного элемента. Оператор только контролирует процесс экструзии, следит за подачей строительной смеси. Прям как в песне: нажми на кнопку – получишь результат….

При возведении одно-двухэтажного коттеджа при помощи аддитивной технологии в большинстве случаев пустоты между внутренней и внешней стеной заполняют изоляционным материалом, утеплителем. В случае сейсмической зоны и необходимости создания более жёсткого каркаса, напечатанные элементы армируются и используются как несъёмная опалубка, а внутреннее пространство заполняется бетоном.

При печати отдельных деталей в цехе, готовому изделию необходимо высохнуть на воздухе или в сушильной камере для набора прочности. Но это зависит от используемого раствора. Напечатанный дом сушится в естественных условиях и готов к отделочным работам практически сразу.

По окончании печати печатающую головку необходимо достать из принтера и тщательно промыть.

Подготовительные мероприятия

Перед тем, как начинать возводить запланированный дом на 3d принтере, необходимо основательно подготовиться к предстоящему процессу. Для этого следует провести ряд важных мероприятий:

подготовка соответствующей площади, где впоследствии будет проводиться весь строительный процесс;
возведение крепкого фундамента для запланированного сооружения;
нужно проследить, чтобы вся окружающая местность имела ровную поверхность — это требуется для правильной установки принтера и его дальнейшей работы;
советуем сделать огромные запасы строительного раствора, доставку которого следует осуществлять посредством специальных бетономешалок;
нанять бригаду квалифицированных мастеров с опытом для распределения всех обязанностей;
грамотно распределить свой бюджет с учетом всех дальнейших затрат — если этого не сделать, то велика вероятность того, что через несколько дней строительный процесс остановится.

Если правильно использовать все задействованные ресурсы, то дом распечатанный на 3d принтере можно построить в кратчайшие сроки. Этот метод значительно превосходит привычные технологии возведения объектов. Таким образом, жилой дом на 3d принтере можно построить очень качественно и без лишних проблем. Практика показывает, что строительство объектов подобным методом снижает расходы по времени и по деньгам.

Технология строительства дома с помощью Зд-принтера

Использовать 3д-принтер для строительства домов пытались одновременно учёные из Великобритании, США и Китая. Основной проблемой, которая мешала печатать жилые конструкции, было отсутствие подходящего материала. Для 3d-печати вещей обычно используется пластик. Однако для строительства зданий он не подходит — это не морозостойкий и не звукопоглощающий материал.

Несколько лет назад учёные из этих стран разработали особый цементный состав. Он позволяет получать изделия любых форм: прямые, изогнутые, рельефные, выпуклые, кубические. Такой цемент сделал возможной печать деталей для настоящих домов. Сейчас в качестве материала для печати используются смеси цемента с измельчённым строительным мусором, стекловолокном, целлюлозой и полимерной фиброй.

Строительная 3d-печать состоит из следующих этапов:

Разработка 3d-модели будущего здания в компьютерной программе.
Разделение модели на слои в поперечном сечении.
Печать моделей на специальном принтере. Аппарат послойно наносит цементный состав, формируя объёмную деталь.
Застывание напечатанных деталей.

После застывания модули готовы к использованию. Здания из напечатанных частей собирают на месте строительства про принципу конструктора. Современные принтеры позволяют изготавливать любые части домов (коробки, несущие конструкции, арки, цилиндры) с заранее предусмотренными технологическими отверстиями. Это значительно упрощает сборку конструкций.

3d-принтеры послойно наносят цементный состав, в итоге получая готовый строительный модуль

Впрочем, на этом развитие технологий не останавливается. В ближайшее время в продаже появятся принтеры, позволяющие печатать не отдельные детали, а здания целиком, включая проводку и даже сантехнику. 3D-печать в сфере строительства находится на самом начальном этапе развития и ближайшее время удивит мир новыми возможностями.

Преимущества и недостатки такого строительства

Отрасль печати жилых домов очень новая и инновационная. Любой производитель является исследователем и первооткрывателем. По этой причине может быть непонятно, какие плюсы и минусы есть у отрасли. Среди преимуществ 3d-печати домов можно назвать:

Высокую скорость строительства.
Напечатанные детали прочные, морозоустойчивые, хорошо переносят воздействие влаги. Фактические они не уступают деталям из стандартных строительных материалов.
Принтер работает в течение 24 часов, при этом не требует контроля во время печати (только на стадии запуска).
Современные принтеры производят не только коробки зданий и несущие конструкции, но даже перегородки, лестницы, скамейки, беседки, башни.
При разработке 3d-модели на компьютере детали строения многократно оптимизируются.
Сборка дома из готовых модулей значительно проще традиционного строительства.
Существенная экономия средств и трудозатрат. Средняя стоимость напечатанного дома находится на уровне 20 000 долларов (1 300 000 рублей), что примерно в 2 раза меньше кирпичного аналога.

Недостатки:

Высокая стоимость оборудования. Эта слабая сторона компенсируется быстрой работой оборудования и быстрой окупаемостью.
Невозможность напечатать кровлю. Крыши у напечатанных домов в настоящее время выполняются из традиционных кровельных материалов.
Недостаточная распространённость на российском рынке. Компании, работающие в сфере 3d-печати зданий, являются первопроходцами. Свою работу они строят методом проб и ошибок. Хотя в целом положительный опыт доминирует над отрицательным.

Таким образом, преимуществ у нового способа строительства значительно больше, чем недостатков. А с учётом активного развития этой отрасли, можно с уверенностью сказать, что большинство минусов уже в ближайшее время будут ликвидированы.

В России уже есть дома, построенные с помощью 3d-принтера — в Ярославской и Московской областях

Устройство строительного 3D принтера, принцип работы

Стоит отметить, что аддитивные технологии и способы 3D печати бывают разные: лазерное плавление, спекание, стереолитография, наплавления. Следовательно, устройства принтеров тоже различны.

В строительстве используется два типа печати:

метод экструзии LDM, аналогичный FDM, но без нагрева;
3DP или 3D печать сухим порошковым материалом. Данный способ аналогичен SLS (лазерному спеканию), но вместо лазера материал склеивают связующим раствором.

Метод экструзии является самый распространённым. С его помощью можно создавать отдельные строительные элементы, а также полностью возводить здание непосредственно на участке. Второй способ применяется в основном для изготовления декоративных строительных элементов, малых архитектурных форм.

Печать осуществляется специально печатающей головкой, оснащённой шнековым экструдером и бункером для смеси. Специальная мелкозернистая смесь подаётся в бункер вручную или с помощью насоса и послойно выдавливается на участок согласно проектной документации. Таким образом формируются отдельные детали или стены дома.

Существует три основных вида строительного принтера:

портальный;
с дельтовидным приводом;
кранового типа;
манипулятор.

Портальный строительный принтер

Наиболее перспективный вид строительного 3D принтера. Он напоминает козловой кран, но вместо крюка на тросе у него ферма с печатающей головкой. Этот тип ещё называют XYZ-принтер, поскольку при печати он перемещается по трём взаимно перпендикулярным осям.

В качестве привода обычно используются шаговые двигатели. Такие принтеры способны печатать отдельные детали, малые архитектурные формы, а также небольшие здания целиком, при условии, что они помещаются под аркой устройства.

Простота и надёжность конструкции, а также возможность возведения здания непосредственно на участке являются важными преимуществами данного оборудования. В тоже время, большие габариты и трудоёмкий процесс сборки ограничивают возможность оперативного перемещения.

Трёхосевой (дельтовидный) принтер

Конструкция трёхосевых принтеров похожи на портальную. Основой конструкции также является металлическая ферма. Но она не перемещается на рельсах, а фиксирована. Также отличается крепление печатающей головки. Бункер с экструдером закреплены на рычагах, представляющих собой перевёрнутый штатив с телескопическими «ногами», которые закреплены на направляющих. Таким образом обеспечивается большая подвижность печатающего устройства, но ограничивается площадь печати.

Именно небольшое пространство рабочей зоны дельтавидного 3D принтера и трудоёмкий процесс сборки существенно сужают сферу применения данного оборудования.

Крановый принтер и манипулятор

Иногда печатающее устройство ставят не по периметру, а в середину объекта. Такие принтеры напоминают башенные строительные краны. Их обычно размещают внутри здания, поскольку рабочая зона такого оборудования ограничена вылетом стрелы. Однако они имеют небольшие габариты и вес, что позволяет легко транспортировать. К тому же подготовка такого оборудования к работе происходит достаточно быстро.

Принтеры-манипуляторы используют роботизированную руку для перемещения печатающей головки. Они мобильны, имеют большую гибкость по сравнению с оборудованием кранового типа. Но из-за своей технологичности их цена гораздо выше аналогов.

Стоит отметить, что разработчики не останавливаются на стандартных решениях. Кроме создания непосредственно 3D принтеров, существует оборудование для печати строительных конструкций, являющееся сменным оборудованием. Например, французская компания оснастила кран-паук бетононасосным оборудованием, которое подаёт раствор на закреплённую на конце стрелы печатающую головку. Таким образом базовая машина может выполнять функции крана или возводить бетонные внутренние перегородки.

Что происходит

В начале мая 2021 года четвертый в мире и первый в ЕС жилой дом, полностью напечатанный на 3D-принтере, принял своих жильцов. Это первый из пяти домов который компания Saint-Gobain Weber Beamix в рамках проекта Milestone планирует возвести на участке земли у канала Беатрикс, в пригороде Эйндховена.

Репортаж YouTube-канала «РБК Тренды» о доме проекта Milestone
Технология 3D-печати уже применялась в Европе для строительства отдельных конструкций зданий, однако в Нидерландах построили первый жилой дом, полностью напечатанный на 3D-принтере.
Первыми арендаторами дома стала супружеская пара из Амстердама — 70-летняя Элиза Лутц и 67-летний Харри Деккерс.
Дом площадью 94 кв. м сконструирован в форме неправильного валуна и состоит из 24 отдельных бетонных элементов, напечатанных на заводе в Эйндховене, которые были привезены на стройплощадку и установлены на фундамент. Затем в доме были поставлены оконные рамы, положена крыша и нанесены последние штрихи.
Для печати была использована огромная роботизированная «рука» с соплом, которое впрыскивает специально разработанный цемент, имеющий текстуру взбитых сливок. Цемент печатается по проекту архитектора, добавляя слой за слоем для создания стены и увеличения ее прочности. Весь процесс печати занял 120 часов или пятеро суток.
Форма неправильного валуна была выбрана неспроста — так строители хотели усложнить задачу и проверить способности 3D-принтера. Проверка прошла успешно, — теперь компания готова печатать дома сложной формы по желанию клиента.
Месячная аренда дома составляет €800 (чуть больше ₽70 тыс.), что вдвое меньше рыночной арендной платы за подобную недвижимость.

История создания

Хоть в широких массах 3D-технологии стали известны лишь в последние пару лет, первые модели подобных принтеров появились много лет назад. В 1934 году компания Charles Hull первой выпустила 3D-принтер, который печатал объект с помощью использования цифровых данных. В 1988 году в продажу поступила более компактная модель для домашнего применения, которая получила название SLA-250.

Технологии не стоят на месте. Если первые принтеры печатали довольно неаккуратные модели, то их «потомки» становились все более точными. В 1993 году компания Solidscape стала выпускать принтеры на струйной основе, которые были нацелены на производство небольших деталей с идеально ровной поверхностью.

Но все же спрос стимулирует производство, поэтому наибольший скачок в развитии 3D-технологий был совершен именно в 21-м веке. В 2005 году появилось первое устройство, которое было способно печатать цветные объекты.

Что можно сделать на 3D-принтере? В настоящее время трехмерная печать открывает неведомые доселе возможности: на 3D-устройствах можно напечатать практически любую вещь — от кровеносного сосуда до габаритной мебели или оружия. Промышленные 3D-принтеры могут изготавливать целые самолеты и здания, а более компактные домашние модели часто используют для производства тестовых моделей и необходимых бытовых предметов.

Плюсы и минусы применения 3d принтера в строительстве

Во-первых, о быстроте технологии стройки 3d наслышан каждый. Поразительно, насколько облегчается технологический процесс: нет необходимости в привлечении дополнительной рабочей силы, покупки или аренды специальной и дорогостоящей строительной техники и оборудования. Скорость возведения 3d конструкции при этом впечатляет: до сих пор не поставлена точка в вопросе человеческого фактора. Понадобится ли в будущем специалист, который будет следить за всеми процессами 3d строительства домов, или нет, остается пока неизвестным. Возможно, вы самостоятельно сможете создать дом с нуля.
Во-вторых, перспективы для 3d строительства позволят возводить конструкции даже на территориях, где рельеф достаточно сложный. Профессионалы портала Stroyka.ru внимательно следят за современными тенденциями 3d моделирования.
В-третьих, строгие формулы и технические решения – это ваши верные помощники для воплощения любых самых смелых идей. Кроме того, не нужно переживать: 3d принтер делает идеально ровные рабочие поверхности (стены, потолок, пол), даже фундамент и все элементы – несущие, опорные. Кстати, метрах учитывается максимально точно.
В-четвертых, поверхности гладкие.
В-пятых, возможность создавать мельчайшие детали.
В-шестых, как правило, во время работы какие-либо профилактические мероприятия (простив сбоев, перегрева, расслаивания и др.) – отсутствуют.
В-седьмых, вы можете не отказывать себе в выборе подходящих материалов. Например, металлы, пластик, нейлон, стекло, керамика.
В-восьмых, если ваша строительная площадка, то принтер отлично впишется, ведь у него нет никаких лишних нависающих или поддерживающих элементов и структур.

В-девятых, вы можете сами планировать строительную кампанию, ведь своими руками сможете возвести дом, дачу или загородный коттедж.

Теперь о слабых сторонах 3d принтера.

Конечно, специалисты подчеркивают, что пока не изобретена модель, которая бы позволяла серьезно экономить денежные средства: расход электроэнергии вас может огорчить. Кроме того, оборудование быстро приходит в негодность, требует дорогостоящего обслуживания и ремонта.
Еще одним минусом отмечается узкая направленность: еще не поступил в продажу универсальный 3d принтер, который бы охватывал полный цикл работ. Некоторые модели, представленные на рынке, имеют невысокую прочность готовых строений. Поэтому остерегайтесь подделок. Покупайте только у сертифицированных производителей и посредников. Иногда можно неожиданно столкнуться с тем, что использовать придется исключительно узкий набор материалов (например, фотополимеров), а также подкреплять финиш интересной процедурой – ультрафиолетовой засветкой.
Строительную площадку, как правило, придется очищать (особенно от попадающих в окружающий воздух частиц порошка).
Многие потребители сталкиваются с настоящей проблемой: усадка оказывается катастрофической (до 50%). А значит, придется подвергнуть корректировке первоначальные подсчеты.

Что это значит

Создание первого дома в Нидерландах, полностью напечатанного на 3D-принтере, — лишь начало нового этапа в отрасли. Жилые дома, построенные с применением технологии 3D-печати, имеют серию значительных преимуществ перед «классическими» постройками. Во-первых, — скорость реализации проекта, — первый дом был напечатан за пять дней, но в дальнейшем компания планирует производить бетонные элементы на месте, а также использовать 3D-принтер для создания вспомогательных установок, что сократит время и расходы на строительство.

Кроме того, в эпоху глобальной обеспокоенности состоянием экологии, подобные «зеленые» технологии помогают сократить экологический ущерб окружающей среде, — при 3D-печати расход цемента и отходы стройматериалов значительно меньше, чем при «традиционном» строительстве.

Экономика инноваций

Как выглядит первая напечатанная на 3D-принтере деревня

Наконец, с помощью 3D-принтера можно воплотить практически любую дизайнерскую идею, что позволит отойти от концепта жилых домов в виде «бетонных коробок». Развитие данной технологии позволяет возводить здания таких форм, которые сложно и дорого построить традиционными методами.

«Построив дом, полностью напечатанный на 3D-принтере, мы задаем тон будущему — доступное жилье и контроль над формой вашего собственного дома», — отметил Ясин Торуноглу, советник по жилищному и территориальному развитию муниципалитета Эйндховен.

Технология печати домов на 3D-принтере активно развивается в России, Франции, США и других странах. Предполагается, что это поможет решить проблему обеспечения граждан доступным и достойным жильем.

Апартаменты на Филиппинах

Бизнесмен Льюис Якич решился на расширение своего отеля на Филиппинах, выбрав для этого не самый стандартный способ. Для этой цели мужчина пригласил уже упомянутого Руденко, который распечатал апартаменты на принтере.

В качестве материалов использовался песок и пепел вулкана, смешивание которых позволило получить максимально прочную смесь.

Вполне вероятно, что в ближайшем будущем основная часть новых построек будет выполнена с помощью 3D-печати. Такое «строительство» является не только более экономным, но и максимально экологичным. А все потому что после него не остаётся привычного строительного мусора, тогда как в качестве материалов используются исключительно переработанные отходы.