3Д печать в строительстве: как это работает, технологии и 3D-принтеры

Кто такие проектировщики 3D-печати в строительстве

Строительная индустрия к 2025 году будет ежегодно производить до 2,2 млрд т мусора. Решить проблему могут 3D-принтеры, которые позволяют возводить дома практически без отходов. Рассказываем, кто организует их работу

Кто такой проектировщик 3D-печати в строительстве

Проектировщик 3D-печати в строительстве — это архитектор, который создает здания с помощью трехмерных принтеров. Он подбирает материалы и разрабатывает формы будущих домов с учетом потребностей заказчика, расположения и климата. Специалист моделирует проект в программе, а затем машины печатают его в натуральную величину.

Сегодня дома, созданные на 3D-принтерах, появляются по всему миру. Например, они есть в ОАЭ, Нидерландах, Италии, Китае, Мексике и даже России. Исследования показывают, что 3D-строительство упрощает цепочки поставок, проектирование и делают весь процесс эффективнее и экологичнее.

Проектировщик 3D-печати в строительстве — одна из профессий будущего, которые РБК Тренды собирают в отдельную подборку. Чтобы узнать, кто будет востребован через 5–10 лет, переходите по ссылке выше.

Печать экологичного дома из природных материалов в Италии

(Видео: 3D WASP / YouTube)

Чем занимается проектировщик 3D-печати в строительстве

Основная задача такого специалиста — учесть и органично соединить в одном проекте возможности современной 3D-печати, природные ограничения местности и желания клиентов.

В первую очередь проектировщику нужно определиться, как будут возводить здание. Это зависит от планов заказчиков и логистики. Например, стены и отдельные части дома можно печатать отдельно, а затем собирать готовые элементы воедино на стройплощадке. Другой вариант — разместить принтер прямо на месте и «вырастить» дом с нуля.

Кроме того, для строительства домов в 3D-принтеры заправляют разные «чернила». Это могут быть экологичные биопластики, различные смеси природного сырья вроде глины в сочетании с рисовой шелухой или фибробетон. Доступность материалов и их устойчивость в разных природных условиях будут влиять на выбор проектировщика.

Когда с подходом и стройматериалами все решено, специалисту нужно отрисовать проект в ПО для 3D-моделирования и запрограммировать принтер. После этого начинается само строительство, которое необходимо контролировать на разных этапах.

Транспортировка модулей здания, напечатанных на 3D-принтере

(Фото: SOM)

Необходимые навыки

Инженерное или архитектурное образование — необходимая база для работы в профессии. Также проектировщику 3D-печати в строительстве нужно уметь обращаться с современными программами для моделирования и техникой. В то же время такому специалисту не обойтись без «гибких» навыков.

• Клиентоориентированность необходима, чтобы максимально эффективно взаимодействовать с заказчиками.
• Проектный менеджмент пригодится для отслеживания сроков и правильного планирования этапов строительства.
• Навыки бережливого производства и экологичное мышление помогут в выборе экономичных и безвредных подходов и материалов.
• Системное мышление и способности к межотраслевой коммуникации будут полезны в организации процессов и работы разных подрядчиков.

Тренды и направления профессии

Применение технологий 3D-печати в строительстве позволяет избавиться от многих проблем современного девелопмента. Поэтому стоит ожидать, что оно будет все больше интегрироваться в нашу жизнь.

Количество ежегодных отходов, производимых строительной отраслью, к 2025 году вырастет до 2,2 млрд т, по подсчетам Construction Waste Market. Для 3D-конструирования часто используются местные природные материалы, а само оно практически не генерирует мусор.

В США, по данным министерства труда, в результате производственных травм на стройках каждый день умирают до 15 рабочих. Автоматизация и максимальное использование робототехники сможет значительно сократить человеческие потери в отрасли девелопмента.

Дома, сконструированные на 3D-принтерах, могут быть решением для быстрого строительства в случаях природных катастроф. Современные аппараты способны создать 1 м2 стены всего за пять минут. При этом некоторые напечатанные здания выдерживают землетрясения магнитудой до 8 баллов.

Откуда и когда пришла профессия

Первая версия программы для 3D-моделирования ArchiCAD появилась в 1984 году. Два года спустя был зарегистрирован первый патент на 3D-принтер. Чем совершеннее становились эти технологии, тем больше возможностей они дарили миру. Сегодня мы все чаще становимся свидетелями точечных проектов в этой области, но их успешность говорит о том, что скоро они станут частью привычной повседневности.

Первым в мире зданием, полностью созданным благодаря 3D-печати, считается «Офис будущего», построенный в ОАЭ в 2016 году. При этом в Китае жилье, частично сконструированное по такой технологии, презентовали еще годом ранее. В России первый дом, целиком напечатанный на 3D-принтере, появился в 2017 году.

Как стать проектировщиком 3D-печати в строительстве

Существует множество бакалаврских программ для старта карьеры в отрасли. Среди них — архитектура, проектирование, строительство и применение современных технологий в этих областях. Кроме того, есть и краткосрочные профильные курсы. Например, на базе компаний из индустрии или от экспертов в 3D-проектировании.

При этом для трудоустройства необязательно искать зарубежную компанию. Например, в России 3D-застройкой занимаются Total Kustom, «СмартБилд» и «АМТ».

Строительная 3Д печать в России

3D печать3D печать в строительствестроительная 3Д печатьстроительная 3Д печать в России

Строительная 3Д печать – это, как и понятно направление в строительстве с применением аддитивных технологий. В последние года данная отрасль получила существенное развитие и начала появляться в нашей стране.

Если у вас возникли вопросы, то вы всегда можете позвонить нашим менеджерам, и на все ваши вопросы доступно ответят. Наши контактные телефоны: +7 (927) 667-27-61 и +7 (804) 333-17-16. Мы рады будем помочь вам разобраться.

Компания Спецавиа

Ярославская компания «Спецавиа» занимается конструированием строительных 3D-принтеров. На текущий момент, в арсенале компании около 7-и вариантов исполнений строительных принтеров.

За 2016 год «Спецавиа» реализовала более 30-и строительных 3Д принтеров, хотя ещё в 2015 году компания показала своё полноценное здание площадью в 165 квадратов. Тогда некоторые части здания были распечатаны прямо на площадке, другие печатались в цехах компании непосредственно перед транспортировкой.

Наиболее нестандартным проектом связанным со строительной 3Д печатью стало возведение необычной сторожки для Екатеринбургского цементного завода. Для охранников заводы была построена реплика башни замка Винтерфелл из популярного телесериала «Игра престолов». Сторожка была построена в ноябре 2016 года.

Компания Apis Cor

Другая важная компания, занимающаяся в России строительной 3Д печатью, это иркутская компания Apis Cor. Отличия 3D-принтерыов от большинства конкурентов в том, что обычно используют портальную схему, в то время как разработка Apis Cor основана на использовании телескопического манипулятора на поворотной платформе. Если объяснять более простым языком – принтер ставится на место строительства, и строит стены вокруг своей оси. Плюс такого подхода высокой мобильности принтера – вес принтера 6 тонн. Его легко можно загрузить в грузовик и привести на место.

Первой серьёзной демонстрацией возможностей компании стало строительство готового здания в Ступино. Дом имеет нестандартную круглую форму. Возведение самих стен заняло 24 часа. Полное затвердевание материала происходило в течении месяца. К тому же, строительство производилось в зимних условиях и для поддержания нормальной рабочей температуры дополнительно возвели тент вокруг дома.

Для того, что бы не пропустить новые свежие и интересные статьи вы можете подписаться на нашу рассылку. Мы не спамим нашим клиентам, и не рассылаем рекламы — мы знаем, что такие подписки не читают. Поэтому, мы делаем исключительно информативные рассылки. Подпишись — это полезно 🙂

Перспективы развития строительной 3Д печати

Дальнейшее развитие строительной 3Д печати позволит существенно снизить издержки на рабочую силу. Но не стоит считать 3Д печать в данном случае полной замены традиционному строительству. Не всегда использование 3Д печати оправдано. К тому же, некоторые ограничения всё-таки есть – по размерам зданий. Автоматизация процесса строительства оправдана там, где стоимость рабочей силы высока и масштаб проекта позволяет использовать аддитивные технологии.

Следующая запись >

Последние публикации:

Могли бы вы жить в напечатанном на 3Д принтере доме?

Да мог бы, почему нет?

Нет. Мне кажется это ненадёжно

Мог бы, если бы стоимость была дешевле рыночной

Видео по теме:

Строительная 3D-печать — технологические карточки

Использование 3D-принтера для послойной печати строительных конструкций. Чтобы продемонстрировать технологию, исследователи и предприниматели печатают мосты из металла, бетона или полимера за пределами объекта, а на месте целые здания из бетона или глины.

Строительство 3D-печать — это метод изготовления строительных элементов или целых зданий с помощью 3D-принтера, который послойно печатает бетон, полимер, металл или другие материалы. Самый распространенный тип принтера основан на роботизированной руке, которая перемещается вперед и назад при выдавливании бетона. Другие методы 3D-печати включают порошковое связывание и аддитивную сварку. Связывание порошка — это 3D-печать в резервуаре с порошком, слой за слоем отвердевающий порошок для создания желаемого объекта. Аддитивная сварка была продемонстрирована путем печати полноразмерного работающего металлического моста в Амстердаме.

Преимущества и проблемы

• Более быстрое строительство
• Более низкая стоимость рабочей силы
• Меньше людей — безопаснее строительство
• Используется меньше материала
• Возможны новые конструкции, поскольку 3D-принтер может создавать сложные поверхности
• Метод и полученные физические свойства печатных строительных элементов еще не признаны строительными стандартами

Примеры применения

В течение последних 5 лет несколько проектов развития продемонстрировали возможность использования технологий 3D-печати бетона и конструкций для производства зданий. В 2014 году китайская компания WinSun первой построила несколько домов, используя технологию 3D-печати для производства элементов за пределами площадки. В 2017 году ApisCor первой в России напечатала целый дом на 3D-принтере. В 2019 году, 3D Printhuset изготовила первый в Европе 3D-печатный дом в Копенгагене (The BOD) с использованием бетона и 3D-принтера с роботизированной рукой (3dprinthuset.dk).

Кроме того, компании экспериментировали с 3D-печатью мостов. В 2017 году группа Royal BAM и исследователи из Технического университета Эйндховена установили первый в мире бетонный 3D-печатный мост в Нидерландах (nltimes.nl). В 2018 году MX3D завершила производство первого металлического моста, напечатанного на 3D-принтере, который сейчас проходит испытания в Амстердаме.

FreeFAB — это запатентованная технология, разработанная Laing O’Rourke, в которой воск используется в качестве формы для бетона. После этого воск расплавляется или измельчается, тем самым обнажая бетонную поверхность. Эта технология используется в коммерческих целях в проекте Crossrail (freefab.com).

Технология может быть полезна для строительства конструкций с использованием материалов, доступных на месте. В 2018 году WASP продемонстрировала 3D-печатный дом, в котором в качестве строительного материала использовались пищевые отходы, такие как рисовая солома и шелуха, смешанные с глинистой землей. Эта технология может быть полезна в развивающихся странах и зонах стихийных бедствий. НАСА разрабатывает 3D-принтеры для использования на Марсе с использованием доступных строительных материалов (www.iflscience.com).

Стадия разработки

Крупные строительные компании, такие как Royal BAM, Boeygues Construction, Vinci, Skanska, сотрудничают с университетами или стартапами для дальнейшего развития этой технологии.

Воздействие на строительство

Строительство 3D-печать повлияет на этап строительства и этап проектирования, поскольку доступны новые конструкции.

Подробнее

www.engineering.com/3DPrinting

www.3dnatives.com

www.designingbuildings.co.uk

3dprint.com

3D-печать в строительстве: как это работает

Автор: Ибон Ирибар, консультант по инвестициям и открытым инновациям в CEMEX Ventures
Айбон отвечает за анализ возможностей для инвестиций и развития в области 3D-печати и других перспективных решений по всей цепочке создания стоимости строительства, помогая стартапам расти в отрасли.

3D-печать — одно из величайших технологических достижений и инноваций 21 века. Его ценность на мировом рынке достиг 190 миллионов долларов США в 2021 году , и ожидается, что к 2030 году он увеличится до 680 миллионов долларов США. и архитектурная гибкость с использованием этой технологии, а также быстрое создание моделей и прототипов.

По мере того, как технология продолжает развиваться, возможности для внедрения и роста увеличиваются, и к 2028 г. ее совокупный годовой темп роста (CAGR) 9Ожидается, что 0033 составит 91,5% по сравнению с 2021 года. Как мы видим эволюцию этой технологии от CEMEX Ventures?

Содержание

Как работает 3D-печать в строительстве?

С 1980-х годов технология , связанная с 3D-печатью , неоднократно подвергалась сомнению. Однако большую актуальность он приобрел благодаря совершенствованию самой техники, позволяющей создавать трехмерный объект путем наложения последовательных слоев материала. Этот метод строительства очень универсален и может помочь создать отдельные компоненты проекта и даже различные типы сложных конструкций в целом, таких как дома или жилые помещения, офисы, мосты, стены, модульные конструкции, арматурные формы, колонны, городская мебель и т. даже элементы декора. Как это возможно?

В строительстве большая часть информации, необходимой для работы этой технологии, поступает из процесса проектирования . Поскольку в отрасли уже есть опыт автоматизированного производственного процесса, а BIM (информационное моделирование зданий) продолжает развиваться в строительном секторе, интеграция технологий 3D-печати становится менее сложной. Используя программу CAD или BIM, 3D-принтер получает информацию о том, что ему нужно напечатать, и машины начинают накладывать уровни материала в соответствии с показаниями. Это можно сделать с помощью различных материалов, наиболее распространенными из которых являются смеси бетона, геополимеров, волокна и песка.

Эволюция 3D-печати в последнее десятилетие была настолько благоприятной, что ее стоимость на строительном рынке , как ожидается, достигнет 1 034 096,7 тысяч долларов США к 2028 году , согласно исследованию Research and Markets. Это представляет собой увеличение совокупного годового темпа роста на 91,5 % в период с 2021 по 2028 год.

Преимущества 3D-печати в строительстве

0033 почти все области цепочки создания стоимости сектора . Благодаря вкладу в устойчивое развитие, повышению производительности и поддержке в решении проблем в цепочке поставок, эта технология произвела революцию в том, как мы строим.

Сокращение времени

При использовании традиционных методов строительства на завершение проекта может уйти много месяцев, при этом нормой является то, что крупные проекты занимают на 20 % больше времени, чем ожидалось, и добавляют до 80 % перерасхода средств по сравнению с первоначальным бюджетом. Однако 3D-печать позволяет сократить до 70% времени , а проект может быть выполнен всего за несколько часов или дней, в зависимости от его масштаба. Таким образом, подрядчики могут работать над большим количеством проектов и, следовательно, увеличить свой источник дохода.

Более экономичный и устойчивый

3D-печать позволяет использовать точное количество материала для подъема конструкции, позволяет сократить количество отходов на стройплощадке до 60% . Точно так же не будет излишков и при закупке материалов, при условии сокращения затрат как на их закупку, так и на последующее хранение.

Сокращая время и затраты, компании увидят экспоненциальный рост преимуществ этой технологии, которая также очень помогает в местах, где есть потребность в проектах и ​​нехватка рабочей силы. Автоматизируя создание конструкции с помощью 3D-принтеров, компании могут сократить трудозатраты до 80 % .

Безопаснее

Управление по охране труда и здоровья США (OSHA) сообщает, что 1 из 10 рабочих на строительных площадках ежегодно получает травмы , основными причинами которых являются падения и неправомерный контакт с оборудованием.

Одним из наиболее важных преимуществ, которые 3D-печать привнесла в строительство, является здоровье и безопасность сотрудников на строительной площадке. Зная, как эффективно работать с принтерами, рабочие могут легче выполнять свою работу и снижать травматизм в полевых условиях.

Гибкость конструкции

Внесение изменений в конструкцию в последнюю минуту больше не будет проблемой и не задержит процесс строительства. 3D-печать позволяет настраивать работу непосредственно перед началом печати конструкции, избавляя от всех головных болей, которые влекут за собой эти изменения.

Возможности и проблемы 3D-печати в строительстве

Хотя преимущества 3D-печати в строительстве будут продолжать развиваться по мере того, как все больше компаний делают ставку на эту технологию, добиться более широкого внедрения этого метода на рынке по-прежнему сложно.

Мы выделяем следующие моменты, которые мешают сделать эту технологию еще более популярной среди профессионалов отрасли и почему крупные компании все еще сомневаются в ней:

• Хотя 3D-печать сама по себе более рентабельна при строительстве, необходимое оборудование по-прежнему очень дорого как для его приобретения, так и для его эксплуатации, и крупные компании по-прежнему не делают на них значительных ставок.
• Промышленности необходимо подготовить больше обученных специалистов , чтобы иметь возможность обращаться с технологией 3D-печати, обученных проектировать компьютерные модели, эксплуатировать оборудование и обеспечивать надлежащее техническое обслуживание.
• Дополнительные правила и законы необходимы для 3D-печати в строительстве, что позволяет дать четкие рекомендации по ее использованию и преимуществам ее внедрения на новых строительных площадках.

Аналогичным образом, размеры и разработка принтеров представляют собой проблему, поскольку многие модели, появляющиеся на рынке, ограничивают свое использование размером печатаемой структуры.

Кроме того, материал или формула смеси, в которой он печатается, является одним из основных ограничений для 3D-печати, чтобы выделиться как метод строительства. Материал, на котором он печатается, должен иметь желаемую печатную способность, чтобы его можно было выдавливать из сопла, и способность к сборке, чтобы иметь возможность быстро сохранять свою форму и поддерживать себя. Кроме того, главной проблемой становится открытое время, то есть период, в течение которого печать и возможность сборки согласуются с допустимыми допусками, поскольку время печати материала ограничено. Любая задержка в процессе может привести к затвердеванию бетона и затруднить работу.

Типы 3D-принтеров

Роботизированная рука

Автоматически управляемый принтер , обеспечивающий свободу передвижения и гибкость для планирования нескольких задач. Рука способна печатать под разными углами, что позволяет реализовывать сложные геометрические формы и кривые, а также печатать в больших размерах по сравнению с другими методами 3D-печати.

Портальная система

Метод контурной обработки знаменует собой начало использования 3D-печати в строительстве. Этот процесс откладывает строительный материал для формирования 3D-модели и создание масштабных конструкций с гладкой поверхностью отделка . Он работает с рельсами, размещенными вокруг пола здания, которые действуют как направляющая, направляющая роботизированную руку при укладке бетона слой за слоем.

Методы 3D-печати

Экструзия

Экструзия является наиболее распространенной технологией 3D-печати , поскольку ее можно использовать практически во всех средах. Обычно используемый для моделирования, создания прототипов и производства, этот метод создает объект путем наслоения материала через одно или несколько сопел, установленных на манипуляторе, портальной системе или кране.

Порошковое склеивание

В отличие от других методов печати, порошковое склеивание использует порошковое сырье в качестве основного компонента . Существует два метода: струйная обработка порошковым слоем и струйная обработка связующим. Первый характеризуется плавлением частиц пыли с помощью лазера на желаемом объекте слой за слоем, в то время как лист покрытия добавляет больше материала для каждого нового слоя.

С другой стороны, при распылении связующего используется печатающая головка, которая наносит жидкий клей на печатную платформу порошка. 9Жидкость 0033 связывает частицы порошка вместе , чтобы сформировать каждый слой желаемого объекта. Затем добавляется новый слой, и процесс повторяется слой за слоем. Это позволяет печатать с более высоким уровнем точности и может обрабатывать более сложные отпечатки.

Распылитель

Автономный робот распыляет строительный материал под давлением в желаемой форме и повторяет процесс слой за слоем. Этот метод позволяет заполнить пространство конструкции бетоном, и его использование в настоящее время изучается для вертикальных и выдающихся применений, таких как отделка фасадов или потолков.

3D-печать в строительстве по всему миру

Спрос на строительство и улучшение инфраструктуры растет, особенно в крупных городах. В 1800 г. только 3% населения проживало в городах; к 1900 году общая численность населения, проживающего в городах, увеличилась до 15%. Сегодня мы достигаем 55% населения, проживающего в городских районах, и Всемирный экономический форум прогнозирует, что к 2050 году две трети населения будут жить в крупных городах .

В глобальном масштабе существует множество правительственных мер, которые поощряют внедрение 3D-печати в строящихся объектах. Несколько городов претендуют на победу в этой гонке, и одним из тех, кто решил возглавить список, является Дубай, где 25% зданий к 2030 году должны быть построены с использованием технологии 3D-печати. ​​

Какова ситуация с этой технологией в мире?

Америка

• Соединенные Штаты были первой страной, сделавшей ставку на технологию 3D-печати в строительстве, и лидируют по количеству проектов, реализуемых в Северной Америке.
• Крупные организации, такие как США. ВМС и НАСА участвуют в проектах в Северной Америке.
• Мексика – страна с наибольшим количеством проектов в Латинской Америке.

Европа

• Он лидирует по количеству проектов, разработанных во всем мире, а Нидерланды являются основным центром исследований и разработок (НИОКР).
• В последние годы Франция, Германия, Испания, Великобритания и Италия приобрели известность.
• Университеты играют очень важную роль в исследованиях и разработках 3D-печати в строительстве и участвуют в их реализации вместе с компаниями.
• Они повышают экологические и устойчивые преимущества.

Азия и Ближний Восток

• В 2020 году 38% доли рынка 3D-печати в строительстве приходится на Азиатско-Тихоокеанский регион, в основном из-за прибыльных возможностей в этом секторе для этого региона.
• Правительство Дубая, где крупнейшее в мире правительственное здание было построено с использованием только 3D-печати, пообещало, что к 2030 году 25 % новых построек будет осуществляться с использованием этой технологии.
• Китай был пионером в развитии технологии , но в последние годы этим пользуются другие страны, и Япония присоединяется как одна из самых перспективных стран в разработке и внедрении технологий.
• Большинство проектов считаются коммерческими, и университеты становятся все более важными в развитии технологий.
• Они печатают другие конструкции и прототипы помимо домов, например, мосты.

Стартапы, работающие в области 3D-печати

Огромная работа, которую стартапы проделывают для содействия внедрению 3D-печати в строительной отрасли, является доказательством того, что в экосистеме contech доминируют предприниматели, которые осмеливаются делать ставки на инновационные технологии. Чаще всего эти проекты поддерживаются известными строительными компаниями в результате роста этой технологии на мировом рынке.

В этой таблице мы показываем наиболее конкурентоспособные стартапы в мировом масштабе, которые работают в области 3D-печати для строительной отрасли, а также:

• Используемый материал. Хотя в большинстве случаев используется раствор, в некоторых используется гипс или натуральные материалы, такие как земля или глина.
• Местоположение печати. Многие перемещают станок для печати в выделенное пространство, хотя появляется все больше и больше компаний, которые делают это сначала на заводе, а потом транспортируют на строительную площадку.
• Приложения для печати целых домов, частей домов, строений или объектов (таких как уличная мебель).
• Они могут использовать роботизированную руку или систему вала. Робот-манипулятор обычно перемещается по конструкции и имеет большую свободу передвижения. С другой стороны, система валов более ограничена, не двигается и печатает только там, где падает машина.

CEMEX Ventures и ее приверженность 3D-печати в строительной отрасли

В рамках усилий, которые позволяют нам возглавить строительную революцию, от CEMEX Ventures мы активно ищем решений и предпринимателей, которые позволят нам преобразовать строительный сектор как мы знаем это сегодня.

Десять лет назад разговоры о 3D-печати в строительстве были почти немыслимы, учитывая, что это было слишком дорогое решение и слишком сложно расширять рынки. Теперь можно сказать, что варианты на рынке становятся все более полными и предлагают большую выгоду для всех в цепочке создания стоимости строительства.

Примером этого является последнее сотрудничество CEMEX с стартапом по 3D-печати Cobod. CEMEX превратила традиционный бетон в более универсальный заполнитель, который мгновенно принимает форму, что позволяет использовать его вместе с оборудованием для 3D-печати Cobod. Обе компании разработали и усовершенствовали технологию, что позволило им реализовать проект по строительству доступного жилья в Анголе и построить в Омане один из самых больших домов, выполненных по этой технологии с использованием настоящего бетона.

В дополнение к компаниям, указанным выше, с 2017 года мы следим за стартапами-участниками Конкурса строительных стартапов в категории «Новые методы строительства» и уделяем особое внимание тем, у которых есть решения, ориентированные на 3D-печать.