Применение 3D печати в строительстве. Бетон 3d


Применение 3D печати в строительстве

Оборудование для 3D печати изменило представление о прототипировании и серийном производстве. Аддитивные технологии нашли своё применение в автомобилестроении, авиационной промышленности, изготовлении бытовой техники, одежды и даже выращивании искусственных органов. Сфера строительства не стала исключением – 3D принтеры успешно применяются в процессе возведения малоэтажных зданий.

Индустрия развивалась скачкообразно. Ни фотополимеризация, ни лазерное спекание, ни электронно-лучевая плавка не смогли доказать свою эффективность в области строительства. Но в 2014 году случился прорыв – частные компании, базирующиеся в США и Китае, почти одновременно начали работу над созданием оборудования, объединяющего в себе преимущества экструзии и метода многоструйного моделирования – так появились 3D принтеры для печати бетоном.

Первые образцы использовались для создания малогабаритных архитектурных форм. Современная техника строит жилые дома. Говорить о печати перекрытий в воздухе пока не приходится, а этажность зданий зависит от габаритов машины, – тем не менее, построить жилой дом с межкомнатными перегородками, дверными и оконными проемами, разводкой под прокладку инженерных коммуникаций можно за 24 часа!

Производители не придерживаются единой концепции в процессе сборки устройства для печати строительных элементов: оно может быть мобильным или стационарным, напоминать кран на гусеничном ходу, систему балок и шарниров, брандспойт с сервоприводами. Действительно важно лишь то, на какую высоту, и по какой траектории устройство способно укладывать строительный материал.

Передовые модели комплектуются дополнительной стрелой для обеспечения ускоренной подачи материала и электроподъемниками, чтобы печатать на готовом фундаменте. Толщина нанесения печатной смеси, конфигурация здания, создание многокамерных стен, автоматическое смешивание ингредиентов и подача в экструдер – все детали печати вносятся с помощью специального ПО, а подготовка занимает не дольше 30 минут.

Для возведения прочных, износоустойчивых несущих конструкций используются бетонные смеси с добавками. Наиболее востребованы на рынке следующие «чернила»:

  • чистый бетон;
  • пескобетон;
  • водостойкий гипс – для облицовочных работ;
  • смесь со стеклянным волокном – для печати объемных элементов;
  • с геополимерами из промышленных отходов – для хрупких конструкций;
  • смесь с фиброволоконом – для создания частей продолговатой формы;
  • противоморозная смесь – для работы при отрицательных температурах;
  • с пластификатором – для воссоздания ровной поверхности;
  • с добавлением диатомитовых шариков – для шероховатости;
  • модифицированный гипс – для декоративной печати.

Бетон наносится слоями. Чтобы прочность конструкции соответствовала проектным задачам, используется вертикальное и горизонтальное армирование. Горизонтальный армопояс устанавливается между слоями, вертикальный – после затвердевания состава. Арматура фиксируется и заливается бетоном. Существуют принтеры, которые вначале распыляют полеуретан, формируя «камеру», а затем заливают бетон внутрь.

Большинство моделей предназначено для эксплуатации в закрытом помещении. У цехового оборудования есть весомый недостаток – напечатанные элементы надо транспортировать на стройплощадку. Мобильные устройства могут использоваться прямо на строительном участке для печати по фундаменту. Чтобы сохранить характеристики состава сооружается защитный колпак над объектом, в смесь добавляются присадки. Расходы материалов снижаются на 30-70% в сравнении с классической технологией.

Пионер отрасли – китайская компания WinSun Decoration Design Engineering. Её детище – стационарное устройство длинной 150 метров. Принтер WinSun работает с объектами высотой до шести метров. Для приготовления строительной смеси используются сталь, стекло, бетон, строительный мусор и цемент.

В сравнении с традиционными методами строительства, китайское устройство возводит аналогичное по габаритам и планировке здание на 50% быстрее. Основные статьи экономии: трудозатраты (до 80%) и расход материалов (до 60%). Примеры работы:

В США ведущие позиции занимает Apis Corp. – использует аппарат для аддитивной печати. В отличие от предшественника, выглядит как компактный кран, который выстраивает здание вокруг себя.

Печатает смесью на основе бетона. После завершения работ устройство разбирается либо извлекается с помощью грузоподъемного оборудования.

Производитель утверждает, что его разработка экономит до 70%. Испытания показали, что себестоимость создания квадратного метра – 220$. 3D принтер Apis Corp. в работе:

Как используются машины для печати бетоном

В ОАЭ строится город, предназначенный для тренировки космонавтов в условиях, приближенных к реальности. Перед тем, как будущие колонизаторы отправятся осваивать Марс, им предстоит построить колонию на Земле. Проект называется Mars Science City. Стены хозяйственных построек возведут из песка с помощью 3D принтера.

Тем временем, NASA совместно с армией США и компанией Caterpillar работают над технологией быстрого возведения экспедиционных конструкций из подготовленной смеси и случайных подручных материалов для строительства казарм, баррикад, барьеров, мостов, заградительных препятствий, барьеров.

В Амстердаме (Нидерланды) установили первый в мире железобетонный мост, сделанный с помощью объемной печати. Мост длиной 8 метров состоит из 800 слоев армированного бетона, способен выдержать вес 40 большегрузов.

Аналогичный проект воплотили в жизнь в Испании. Мост сделан из железобетона. Длина конструкции – 12 метров. Инженеры работали над проектом 15 лет.

В Голландии также напечатали оригинальные зоны отдыха для обустройства общественного пространства. Проект получил название Urban Cabin. «Кабины» сделаны из биопластика.

Apis Corp. напечатали жилой дом за 24 часа. Площадь жилья – 38 метров2. Стоимость строительных работ составила чуть больше десяти тысяч долларов.

HuaShang Tengda за 45 дней напечатали особняк, площадью 400 квадратных метров. На производство несущих конструкций было затрачено 20 тонн бетона C30, из которого сделали несъемную опалубку толщиной 250 мм. Сейсмические испытания доказали, что здание способно выдержать землетрясение силой восемь баллов по шкале Рихтера.

WinSun не отстает от конкурентов. Жилой комплекс площадью 1100 квадратных метров:

make-3d.ru

Лазерная 3D технология заливки бетона — ВикиСтрой

Компоненты 3D системы для бетоноукладчика

Роботизированный тахеометр Trimble ATSКомпонентами систем являются: специализированное программное обеспечение Somero, портативный защищенный компьютер, роботизированный электронный тахеометр Trimble ATS, «активный» отражатель, радиомодем для передачи данных от электронного тахеометра на компьютер и ультразвуковой датчик высоты «Sonic Tracer».

«Активный отражатель» - устройство со специальной призмой, оснащенной светодиодами, благодаря которым ATS самостоятельно наводится на призму и автоматически измеряет расстояния. Эта система позволяет сначала получить цифровую модель существующей поверхности района выполнения работ, а затем во время заливки бетона определять и устанавливать необходимую высоту выравнивающей плиты.

Электронный тахеометр ATS устанавливают на штатив и программируют на автоматический поиск активного отражателя. Найдя отражатель, тахеометр автоматически отслеживает его положение и производит измерения вертикального и горизонтального угла, а также расстояния и передает эту информацию по радио на компьютер для выполнения вычислений.

Как технология работает

При разработке 3D лазерной системы компания «Somero» решила, что спутниковая GPS технология не будет достаточно точна для бетонных работ. От использования стандартных систем автоматизированного проектирования (CAD) было также решено отказаться. Somero разработала новую технологию.

Сначала составляется ЦММ площадки проведения работ «как есть». Для этого рабочие устанавливают электронный тахеометр на точке, обеспечивающей максимально полный обзор будущей строительной площадки и прямую радиовидимость компьютера. Затем, используя активный отражатель, который отслеживает электронный тахеометр, определяются координаты и отметки точек поверхности рабочей площадки с шагом 5-10 метров.

Также дополнительно отражатель устанавливается в характерных точках рельефа, таких, где поверхность резко повышается или понижается. Все эти точки используются для создания цифровой модели поверхности. Эта модель используется для оптимизации проекта новой поверхности, т.к. как бы хорошо ни была предварительно подготовлена площадка, всегда будут существовать различного рода неровности. Это необходимо учитывать при заливке бетона, выдерживая требуемую толщину и создавая ровную и гладкую поверхность.

После того как построение цифровой модели поверхности закончено, может быть начата заливка бетона. Рабочие подключают компьютер к бетоноукладчику и монтируют отражатель на правой стороне выравнивающей плиты. Электронный тахеометр ATS находит отражатель, который уже установлен на бетоноукладчике, и определяет его текущую позицию (X, Y, Z), затем передает эту информацию через радиомодем на компьютер. Компьютер, в свою очередь, вычисляет новое проектное положение выравнивающей плиты.

Бетон заливается слева направо. Устройство, называемое «Sonic Tracer», устанавливается с левой стороны выравнивающей плиты и регулирует ее по высоте относительно недавно выровненного бетона. Компьютер, используя цифровую модель, контролирует правую сторону бетоноукладчика. Электронный тахеометр постоянно отслеживает положение отражателя, определяя его позицию шесть раз в секунду.

После сравнения этой информации с цифровой моделью компьютер вычисляет и устанавливает необходимую высоту правой стороны выравнивающей плиты. Таким образом, все выступы и впадины автоматически выравниваются в гладкую бетонную поверхность с хорошим водоотводом.

Новые возможности для роста предприятия

Работа бетоноукладчика с 3D системой управленияЕсли вы уже выполняли контракты по стяжке бетонных полов в зданиях, то, имея лазерную 3D систему для бетоноукладчика, вы приобретаете возможность получать контракты на выполнение крупных работ вне здания, так как вы можете предложить значительно меньшие сроки.

Например, компания «Scurto Concrete», США, штат Огайо, обладая шестью лазерными бетоноукладчиками и двумя 3D системами для них, предпочитает выполнять проекты на больших складах и в больших производственных цехах. Используя 3D лазерную систему, они могут давать конкурентоспособные цены на работы по заливке бетона на погрузочных площадках, складах (где используются тяжелые грузовики) и парковках. Благодаря лазерным 3D системам эта компания обеспечивает достаточно высокую производительность работ: от 20000 до 35000 м2 бетонного покрытия в день.

Другая компания, занимающаяся обустройством бетонных покрытий - «Industrial Concrete Construction», - в прошлом году выполнила заказ по заливке бетоном парковочных площадок торгового центра. Скорость работы с использованием лазерной и 3D технологии была такой, что бригада в составе 7 человек заливала примерно до 20000 м2 бетонного покрытия толщиной 18 сантиметров в день.

Компания «Swederski Concrete» из Ричмонда всегда старается быть на переднем крае технологий. Год назад эта компания установила 3D систему на свой бетоноукладчик, благодаря чему ей удалось с легкостью получить два контракта на строительство автостоянок.

На одном из этих проектов компания выполнила работу по заливке 70000 м2 бетонного покрытия толщиной 20 см для стоянок и погрузочных площадок производственного склада. На выполнение проекта было затрачено 76 часов. За последний день бригада из 8 человек уложила 12000 м2 бетона, сделала деформационные швы и провела герметизацию. И в два часа дня они уже собирали оборудование.

Одной из основных задач компании «Swederski Concrete» является внедрение технологии использования бетона при создании парковок и погрузочных площадок взамен обычного асфальтового покрытия.

В настоящее время до 90% всех парковок и погрузочных площадок асфальтированные. Цена работ по бетонированию обычно на 10-20% выше, чем цена работ по укладке асфальта, и это зачастую играет существенную роль при получении контракта на работы. Но эксплуатационные характеристики бетона превышают характеристики асфальтового покрытия, и, соответственно, использование бетонного покрытия является более выгодным. В этом достаточно несложно убедить заказчика, если сравнить эксплуатационные характеристики двух материалов.

Пример использования эксплуатационных характеристик

Сравнение эксплуатационных характеристик одного материала с другим обеспечивает простой способ определения эквивалентной толщины покрытия, например, при строительстве автостоянки.

Эта таблица показывает основные материалы и эксплуатационные коэффициенты слоя покрытия.

Тип используемого материала     Коэффициент слояБетон     0,50Асфальт     0,20-0,38Битум     0,10-0,30Цемент     0,20Мелкий щебень     0,12

Если умножить коэффициент материала на толщину слоя, то мы получаем эксплуатационную характеристику покрытия из данного материала. Например, бетонное покрытие толщиной 10 сантиметров будет иметь эксплуатационную характеристику 10 х 0,5 = 5. Если взять асфальтовое покрытие толщиной 10 сантиметров, то эксплуатационная характеристика такого слоя будет 10 х 0,3 = 3. Если мы хотим получить эксплуатационную характеристику асфальтового слоя такую же, как и для бетонного покрытия, то нам необходимо увеличить толщину слоя до 16 сантиметров! Можно, конечно, перед укладкой асфальта уложить и утрамбовать слой щебня, но тогда получается, что надо будет делать двойную работу.

Подготовлено по материалам компаний «Hanky-Wood», «LLC» u «Somero Enterprises».

Сергей Знобищев, инженер ЗАО НПП «Навгеоком», Геннадий Шаров, инженер представительства Trimble в России

Журнал "Строительная техника и технологии" №3/2004  22.06.2004

www.wikistroi.ru

3D печать — будущее бетона

Проект 3D печати из бетона

Команда исследователей из английского Университета Лафборо (Loughborough University) под руководством доктора Сунгву Лима (Sungwoo Lim) разрабатывает новые подходы в технологии 3D печати из бетона.

3D печать из бетона открывает новые архитектурные возможности для строительной отрасли, она также призвана преобразить сектор строительства зданий из экологически чистых материалов и с высокими теплосберегающими свойствами.

Проект 3D печати из бетона

Доктор Сунгву Лим, возглавляющий команду Университета Лафборо, немного рассказал о проекте, который может навсегда изменить представление о бетоне.

Проект 3D печати из бетона (3D Concrete Printing project) финансировался Исследовательским советом инженерных и физических наук (EPSRC) через Исследовательский центр по Инновациям в промышленности и строительстве Университета Лафборо.

Проект 3D печати из бетона

3D печать из бетона — крупномасштабный производственный процесс, в результате которого можно создавать полноразмерные строительные компоненты, что дает архитекторам полную свободу, так как все компоненты изготавливаются непосредственно по цифровым моделям.

Проект 3D печати из бетона

Не так давно команда исследователей продемонстрировала полномасштабную конструкцию размером 1 х 2 х 0,8 м под названием «Чудесная скамейка» (Wonder Bench). Для 3D печати была специально разработана бетонная смесь, и исследователи отметили, что прочность материала составила примерно 95% от прочности обычного бетона.

Проект 3D печати из бетона

Для достижения гладкой и прочной поверхности при 3D печати применялась техника многослойной печати вместо обычной. В результате впервые в мире была создана пустотелая панель с двойными закругленными контурами.

В настоящее время команда исследователей изменяет систему роботизированной руки с 3-х осевой на 7-осевую для получения более качественных образцов больших размеров, а также для увеличения скорости печати. Разработчики уверены, что новой технологии строительства обеспечено большое будущее.

Проект 3D печати из бетона

Остается только пожелать успехов команде талантливых исследователей и посмотреть два небольших видео-ролика, рассказывающих о технологии 3D печати из бетона.

* * *

Ссылки по теме:Проект 3D печати из бетона

Постоянная ссылка на статью 3D печать — будущее бетона

Метки: 3D Concrete Printing project, 3D принтер, бетон в архитектуре, скамейка из бетона

progrinding.ru


Смотрите также