Как напечатать здание: 3D-строительство из бетона
Стройка на принтере
3D-печать в строительстве основана на тех же принципах, что и в других сферах: трехмерная модель сначала создается в виртуальной среде, а потом с помощью специального строительного принтера воссоздается в реальности. Такой подход дает множество преимуществ по сравнению с классическими строительными технологиями, и главное из них – экономическая выгода. В настоящее время в большинстве стран, где строительная отрасль находится на высоком уровне развития, один из самых дорогих ресурсов – люди. Как следствие, несмотря на кратный рост производительности в других отраслях строительство за последние десятилетия не может похвастаться тем же. Как и в прошлом веке, типовая строительная площадка – это большое количество ручного труда и грязной работы.
3D-печать в этом случае исповедует совершенно иную философию. Для работы со строительным принтером требуются всего два человека. При этом под работой понимается контроль процесса c помощью ноутбука, а не переноска кирпичей или замешивание раствора. Это, с одной стороны, позволяет ответить на вызов дефицита кадров, с которым строительная отрасль из года в год сталкивается все острее, а с другой – привлечь в отрасль молодежь, которая по понятным причинам предпочитает интеллектуальный труд физическому, с которым небезосновательно ассоциируется типичная стройка.
Еще один плюс 3D-печати – скорость: для возведения 1 м2 двойной стены с помощью принтера требуется всего 5 минут. Соответственно, коттедж на одну семью можно построить всего за сутки, то есть трудозатраты составляют всего 1 чел-час/м2. Но дело не только в скорости возрастания каркаса: за счет комплексного подхода и интеграции других процессов также достигается существенная экономия времени – когда, к примеру, трубы системы водоснабжения, канализации или вентиляции устанавливаются в стены уже на этапе печати.
Технология также обладает заметной гибкостью. При классическом монолитном строительстве бетонная смесь укладывается в форму – опалубку стен, которая чаще всего представляет собой прямые щиты. При этом для создания криволинейных или наклонных поверхностей требуется применение более сложных опалубочных систем и элементов – 3D-коробов, опорных конструкций и так далее. При печати на 3D-принтере себестоимость создания прямолинейной, криволинейной и даже наклонной стены всегда одинакова, что снимает множество ограничений при проектировании зданий.
Бетон бросает вызов
3D-печать из бетона сильно отличается от классической 3D-печати пластиком или другими материалами. И главное отличие – это размер. На обычном 3D-принтере, как правило, печатаются предметы небольшого размера, и печатающая головка при работе проходит через одну и ту же точку за достаточно короткие временные интервалы. При печати дома головка может проходить достаточно большие расстояния и возвращаться на исходную точку уже не так быстро. При этом бетон как материал в силу высокой гибкости может иметь очень разные характеристики в зависимости от состава. К примеру, бетонная смесь с большим содержанием воды будет растекаться, и слой, уложенный при печати, не сможет выдержать вес последующих слоев. С другой стороны, жесткая смесь будет слишком быстро высыхать. Это делает конструкцию непрочной, поскольку связь между слоями создается тяжелее. Поведение смеси будет зависеть также и от внешних факторов, например, от температуры или влажности воздуха. Именно поэтому от специалистов по 3D-печати требуется в первую очередь оптимальная рецептура смеси, чтобы добиться высокой производительности без снижения прочностных характеристик готового здания. При этом на сегодняшний день ряд европейских и российских производителей предлагает уже готовые смеси для 3D-печати, и количество подобных предложений со временем будет только расти.
При 3D-печати из бетона не требуется опалубка, без которой еще недавно возведение бетонных конструкций было немыслимо: напечатанная структура уже обладает той формой, которая необходима. К сожалению, на сегодняшний день пока не решена проблема печати горизонтальных элементов – плит перекрытия. Если возводится одноэтажный дом с классической деревянной крышей, это не проблема. Сложности появляются при строительстве многоэтажных зданий. В настоящее время это решается за счет элементов из сборного железобетона – обычных или филигранных плит. Другой вариант решения – классические монолитные перекрытия. Но даже с учетом этой пока еще до конца не решенной проблемы 3D-печать при возведении горизонтальных конструкций играет очень важную роль: изготавливать край плиты перекрытия на принтере проще и удобнее, чем по традиционной технологии.
Диапазон применения 3D-печати очень широк. Помимо возведения зданий непосредственно на стройплощадке можно печатать их отдельные элементы в цехе, а потом собирать их на месте. Кроме зданий, возможна печать малых архитектурных форм, декоративных элементов и многого другого – все зависит лишь от целей строительства и фантазии архитектора.