3D-принтер в строительстве

Технологии, раньше казавшиеся неосуществимыми, сейчас всё активнее входят в нашу жизнь. Не стала исключением и объёмная, или 3D-, печать: сначала она использовалась для создания мелких предметов из пластика — от шестерёнок часов до брелоков и столовых приборов. Затем пришло время более смелых экспериментов: на 3D-принтерах стали печатать даже здания и сооружения. Сейчас, несмотря на достигнутые успехи, технология находится лишь на этапе развития.

Принцип 3D-печати при возведении зданий

В самом общем случае процесс объёмной печати строительных объектов выглядит так:

1. Для будущего здания подготавливается строительная площадка, на которой и будут размещаться напечатанные на 3D-принтере конструкции.
2. В принтер, находящийся непосредственно на площадке или в производственной зоне, загружается строительный состав: геополимерные композиты, фиброволокно, бетонные смеси с различными отверждающими и полимеризующими добавками.
3. 3D-принтер, запрограммированный на печать конкретного объекта, при помощи сервопривода выдавливает на подготовленную поверхность строительный состав, образуя блоки нужной конфигурации.
4. В соответствии с заранее составленной программой 3D-принтер может пропускать при печати пространства, предназначенные для размещения арочных, дверных и оконных проёмов.

Напечатанные блоки после застывания и уплотнения готовы к перевозке (если это требуется) и дальнейшим строительным работам.

3D-печать зданий и сооружений: плюсы и минусы

Несомненными достоинствами объёмной печати строительных объектов являются:

• Скорость возведения зданий: 3D-принтер способен работать днём и ночью, с минимальными техническими перерывами.
• Предельная автоматизация процессов, почти полностью исключающая ошибки, связанные с человеческим фактором.
• Минимизация отходов производства: 3D-печать позволяет сразу создавать строительные блоки, минуя стадию предварительной обработки.
• Возможность реализовать сложные архитектурные проекты, реализация которых традиционными методами чрезмерно дорога или технически недостижима.
• Бесшумность 3D-принтеров по сравнению с обычной строительной техникой, позволяющая продолжать работы в вечернее и ночное время.

К недостаткам объёмной печати зданий и сооружений относятся:

• Жёсткие требования к качеству строительного состава, применяемого в печати.
• Техническая сложность армирования отпечатанных на 3D-принтере бетонных блоков.
• Возможность печати строительных блоков только в подходящих температурно-влажностных условиях.
• Ограниченность применения: в настоящее время 3D-принтеры наиболее эффективно справляются с печатью стен; вопрос с кровлями и перекрытиями пока до конца не решён.

Разумеется, препятствует активному развитию 3D-печати зданий и высокая цена принтеров: чтобы окупить один аппарат, требуется построить в среднем 5–10 домов.

Развитие 3D-печати в строительстве

В настоящее время для выполнения объёмной печати используется три вида 3D-принтеров:

• Портальные. Печатающая головка свободно движется в раме, а печать осуществляется посредством трёх порталов.
• Дельта-принтеры. Печатающая головка свободно движется по вертикальным направляющим, что позволяет создавать сложные трёхмерные формы.
• Роботизированные. Процесс печати полностью автоматизирован, управляется компьютерной программой и выполняется роботом (или совокупностью роботов).

Один из примеров домов, напечатанных на 3D-принтере, — здание площадью 38 м², построенное в городе Ступино. Работы выполнялись компанией Apis Cor с чисто экспериментальными целями; почти сразу после завершения строительства дом снесли. Сам процесс печати занял около 24 суток; ещё порядка месяца ушло на отделку стен. Стоимость эксперимента, принесшего компании мировую известность, составила 600 тысяч рублей.

В Дубае на китайском принтере WinSun было напечатано небольшое здание под названием «Офис будущего». Общая площадь постройки составила 250 м²; 3D-печать осуществлялась на производственной площадке, после чего готовые конструкции перевозились к месту сборки. Объёмная печать всех необходимых элементов заняла 17 суток; на сборку «Офиса будущего» ушло ещё два дня.

Будущее 3D-принтеров в России

В июле 2021 российским премьер-министром было подписано Распоряжение №1913-р, предусматривающее формирование нормативной базы, регулирующей применение 3D-принтеров в строительстве. С января этого же года введён стандарт ПНСТ 495-2020, содержащий общие положения относительно применения объёмной печати. В дальнейшем, с учётом перспективности использования 3D-принтеров, ПНСТ, вероятно, сменится ГОСТом — и печать зданий и сооружений окончательно закрепится в строительной области.