Актуальность аддитивных технологий в строительстве: примеры и перспективы применения (часть 2)

Опубликовано: 20.05.2023 в 00:48

Автор: admin

Содержание

Аддитивные технологии в строительстве | 3D Print Expo

09.10.2017

Аддитивные технологии становятся все распространеннее в повседневной жизни людей. Применение им нашлось и в строительстве, где технология 3D-печати позволяет значительно облегчить ряд производственных этапов. Основной проблемой на данный момент является подбор составов смесей для печатания материалов.

Этапы развития аддитивных технологий в строительстве

Основные принципы технологии 3D-печати разработали еще в 1948 году, однако первые исследования появились в 1985 г. Тогда Михаил Хейг разработал технологию формирования объемных моделей из листового материала.

Первый принтер для трехмерной печати был изобретен уже в следующем году, патент получил американец Чарль Халл. А в 1987 году создан первый промышленный 3D-принтер.

С тех пор технология развивалась, а разработки ученых со всего мира становились все более точными и удобными. В России аддитивные технологии в строительстве начали применять в 2015 году.

Принцип работы строительного 3D-принтера

По периметру строительного объекта монтируются специальные рельсы, к которым впоследствии крепится принтер с заполненным смесью баком. Аппарат движется по этим рельсам и выдавливает строительные материалы на заданные места.

Также возможет вариант установки принтера в середину объекта. В таком случае устройство сходно с обычным строительным краном и благодаря вращению вокруг своей оси доставляет смеси уже по диаметру.

Преимущества применения аддитивных технологий в строительстве

Экономия. При использовании аддитивных технологий происходит уменьшение человеческих трудозатрат, сроков строительства и расхода материалов.
Экологичность. Количество вредных отходов от строительства в данном случае минимизируется.
Качество. Заложенная в 3D-принтер программа уменьшает количество просчетов, а также исключает человеческий фактор.
Возможности. С помощью 3D-печати можно воплотить в жизнь любое геометрическое решение.

Известные постройки на основе 3D-печати

Особняк компании Hua Shang Tengda

Китайские архитекторы из Hua Shang Tengda построили двухэтажный особняк площадью 4,305 кв. м с помощью аддитивных технологий за 45 дней.

«Офис будущего» в Дубае

Строительство здания было завершено в мае 2016 года. «Офис будущего» состоит из одного этажа площадью 250 кв. м. Проект выполнен за 17 дней.

Гостиничный комплекс в Филиппинах

Комплекс высотой всего в 4 метра занимает площадь 120 кв. м. На территории комплекса есть два номера и ванна-джакузи.

Узнать больше на 3D Print Expo 2017

Оцените, пожалуйста новость:

Назад к новостям

Подпишитесь, чтобы получать актуальные новости

Что такое аддитивные технологии? Самое главное о 3D печати

Основы 3D

Автор: Семен Попадюк

Аддитивное производство – процесс соединения материалов для создания объектов на основе данных трехмерных моделей, как правило, послойно, в отличие от субтрактивного метода и метода формовки. В разное время использовались такие термины, как аддитивное изготовление, аддитивные процессы, аддитивные методы, аддитивное послойное производство, послойное производство, изготовление твердотельных изделий произвольной формы и изготовление изделий произвольной формы.

В этой динамически развивающейся отрасли быстро появляются новые термины. 3D-печать, согласно стандарту ISO/ASTM 52900, — это изготовление объектов путем нанесения материала печатной головкой, с помощью сопла или другой технологии печати. В прошлом этот термин ассоциировался с недорогими станками невысокой производительности. Однако сейчас это не так: термины «аддитивное производство» и «3D-печать» означают одно и то же.

«Аддитивное производство» (Additive Manufacturing) — официальный отраслевой термин, утвержденный организациями по стандартизации ASTM и ISO, однако словосочетание «3D-печать» более распространено и фактически стало стандартом. Особенно широко оно используется в СМИ, терминологии стартапов, инвесторов и других сообществ.

Помогут ли 3D-технологии оптимизировать производство в вашей организации? Закажите услуги в iQB Technologies: консультацию экспертов, обучение, тестовую 3D-печать/3D-сканирование, демонстрацию оборудования, выезд специалистов на предприятие и другие:

Одно из преимуществ аддитивных технологий – возможность создания объектов сложной формы и структуры с высокой точностью

Процессы

К аддитивному производству (АП) относятся семь различных процессов. Изделия можно создавать послойно путем:

экструзии,

разбрызгивания (струйного напыления),

УФ-отверждения,

ламинирования,

сплавления материалов.

Технологии 3D-печати

Современные FDM-установки, такие как Discovery 3D Printer, позволяют печатать цельные крупногабаритные изделия до 2,5 м

Основные технологии, применяемые при создании изделий на аддитивных установках:

SLM (Selective Laser Melting) – селективное лазерное плавление металлического порошка по математическим CAD-моделям при помощи иттербиевого лазера;

FDM (Fused Deposition Modeling) – метод послойного наплавления с использованием пластиковой нити или гранул;

SLA (Laser Stereolithography) – лазерная стереолитография, основана на послойном отверждении жидкого материала под действием лазера;

DLP (Digital Light Processing) – метод стереолитографической 3D‑печати, использующий цифровые светодиодные проекторы;

LCD (Liquid Crystal Display) – еще одна разновидность фотополимерной печати, когда засветка фотополимерной смолы осуществляется светодиодной УФ-матрицей через маску ЖК‑экрана;

SLS (Selective Laser Sintering) – селективное лазерное спекание под лучами лазера частиц порошкообразного материала до образования физического объекта по заданной CAD-модели;

Binder Jetting – послойное склеивание композитного порошка (песок, полимер, металл и др. ) связующим веществом;

MJP (MultiJet Printing) – многоструйное моделирование с помощью фотополимера или воска;

CJP (ColorJet Printing) – технология полноцветной 3D-печати путем склеивания специального порошка на основе гипса.

Расходные материалы

Основные материалы, используемые в аддитивных процессах:

термопластики в виде нитей или гранул;

УФ- и фотоотверждаемые жидкие фотополимеры;

керамонаполненные жидкие фотополимеры;

полистирол в виде порошка;

стеклонаполненные, угленаполненные и металлонаполненные полиамиды в виде порошка;

воск;

гипсовый порошок;

песок в виде порошка;

металлические сплавы в виде порошка и др.

Сферы применения аддитивных технологий

Аддитивные технологии используются для создания физических моделей, прототипов, образцов, инструментальной оснастки и производства пластиковых, металлических, керамических, стеклянных, композитных компонентов и компонентов из биоматериалов. Принцип действия аддитивных установок основан на построении тонких горизонтальных слоев из 3D-моделей, созданных с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР) и 3D-сканеров.

Проектные и производственные предприятия используют АП для изготовления изделий потребительского, промышленного, медицинского и военного назначения, и это далеко не все. Камеры, мобильные телефоны, детали двигателей, внутренняя отделка автомобилей, детали и узлы самолетов, станки и медицинские имплантаты — лишь начало обширнейшего списка продуктов аддитивного производства.

АП упрощает и ускоряет процесс разработки продукции. Компании прибегают к аддитивным технологиям, стремясь сократить время производства, повысить качество продукции и сократить затраты. В качестве средства визуализации 3D-печать помогает предприятиям определить вероятность создания дефектной или неудовлетворительной продукции. Кроме того, разрабатываются методы, процессы и системы для изготовления оснастки.

3D-печать активно используется в авиакосмической, автомобильной, нефтегазовой промышленности, в судостроении, медицине, ювелирном деле и многих других отраслях

3D-печать активно используется для повышения качества оснастки для литья под давлением. В некоторых областях АП применяют для получения результатов, недостижимых при использовании обычных станков. В других производствах аддитивные технологии используются для создания таких инструментов для изготовления и сборки, как зажимные устройства, крепления, шаблоны и направляющие для сверления и резки.

3D-печать оказывает большое влияние на производство многих продуктов. Предприятия — крупные и малые — успешно применяют технологии для производства готовых изделий. По мнению экспертов, прямое производство станет крупнейшей областью применения аддитивных технологий. Эта технология может повлиять на производство больше, чем другие, традиционные, методы.

Отрасль продолжает развиваться, возникают новые методы, технологии, материалы, прикладные задачи и бизнес-модели. Расширяется география и сфера промышленного применения АП. Аддитивные технологии уже оказали огромное влияние на развитие проектирования и производства; в будущем их роль будет все больше возрастать.

Аддитивное производство в России

В лаборатории аддитивных технологий Самарского университета выполняются уникальные проекты 3D-печати металлами на установке SLM Solutions / Фото: Екатерина Винокурова

В России рынок 3D-технологий достаточно молод, но уже показывает динамичный рост (по данным Роснано, около 30% в год). Все больше компаний осознают потребность в применении аддитивных методов в производстве и научных исследованиях. Есть организации, которые активно занимаются сертификацией материалов и уже тестируют 3D-принтеры собственного производства. На предприятиях появляются лаборатории по разработке и внедрению 3D-решений на отдельных участках технологического цикла.

Сегодня речь о полном переходе на аддитивные технологии не идет – пока что они способны эффективно дополнять классические процессы или заменять их на каком-то определенном участке цикла. Тем не менее, эксперты отрасли утверждают, что в недалеком будущем аддитивное производство станет неотъемлемой частью технологических процессов на предприятии.

Хотите узнать больше о 3D-технологиях? Подписывайтесь на наш блог и получите консультацию у экспертов iQB Technologies: +7 (495) 223-02-06.

Статья опубликована 16.08.2017 , обновлена 13.03.2023

Аддитивное производство в строительстве

Аддитивное производство, также известное как 3D-печать, вызывает все больший интерес в строительной отрасли. С использованием различных материалов было разработано различное оборудование и методы, с помощью которых можно печатать строительные детали. Преимущества аддитивного производства для строительства включают в себя автоматизацию производственного процесса, значительное улучшение свободы проектирования и расширенные возможности оптимизации конструкции как самого здания, так и компонентов внутри него. Однако для реализации этих преимуществ компоненты должны быть точно смоделированы. В результате крайне важно обеспечить надежность цифровых методов проектирования, используемых для проектирования строительных компонентов и планирования процессов аддитивного производства.

Что такое аддитивное производство в строительстве?

Аддитивное производство в строительстве тесно связано с типом печатаемого материала. Метод, используемый для создания строительной части, зависит от используемого материала, при этом наиболее распространены бетон, металлы или полимеры (пластики). Материалы на основе заполнителей, такие как бетон, обычно экструдируют в слои желаемой формы. В качестве альтернативы используется процесс со слоем частиц, при котором сухие материалы наслаиваются, а затем добавляется жидкость для связывания материалов вместе. Другие типы аддитивного производства включают динамическое литье и формование сетки для бетона, в то время как в металлических деталях используются такие методы, как плавление в порошковом слое и направленное осаждение энергии, когда источник тепла сплавляет металл вместе. Пластмассы — как один из наиболее адаптируемых материалов — имеют широкий спектр методов, которые можно использовать для аддитивного производства, в зависимости от типа используемого полимера.

Преимущества аддитивного производства для строительства

Традиционные строительные процессы, такие как кладка кирпича и установка армирования бетона, отнимают много времени, трудоемки и сопряжены с риском для безопасности рабочей силы. Они также ограничивают проектировщика формами и структурной прочностью, которые могут быть достигнуты с помощью традиционных строительных компонентов.

В отличие от этого, аддитивное производство предлагает большую свободу проектирования, повышает безопасность и производительность труда, а также снижает производственные затраты. Можно не только создать практически любую форму, но и создать объекты из различных материалов, чтобы увеличить прочность любых участков объекта, которые будут подвергаться высоким нагрузкам. Это предоставляет разработчикам новые возможности для оптимизации компонентов. Кроме того, автоматизация, которую предлагает аддитивное производство, делает его особенно подходящим для строительных проектов в суровых условиях, таких как районы, подверженные воздействию атомной радиации.

Готовы ли технологии аддитивного производства к AEC?

Процессы аддитивного производства уже являются стандартной технологией во многих областях производства продукции. Печатные компоненты не только ускоряют создание разрабатываемых прототипов, но и все чаще используются в конечных продуктах, таких как автомобили и самолеты. В строительной отрасли аддитивные процессы используются инновационными компаниями для автоматизированного производства масштабных иллюстративных прототипов. При производстве реальных зданий особый размер компонентов и связанные с этим экономические условия представляют собой особую проблему. Поэтому университеты и компании по всему миру проводят исследования новых материалов, машин и процессов, чтобы заложить основу для их использования в архитектуре, проектировании и строительстве (AEC).

Как внедрить аддитивное производство в строительные проекты

Чтобы воспользоваться возможностями аддитивного производства в строительных проектах, необходим широко автоматизированный цифровой рабочий процесс планирования. Сложные геометрические данные и данные о материалах должны быть точно представлены, а также легко перенесены на используемое производственное оборудование. 3D-принтерам требуются определенные команды для изготовления деталей, которые выводятся из геометрической модели детали, чтобы создать траекторию движения инструмента и другие инструкции, которые требуются 3D-принтеру. Поэтому использование программного решения для гражданского строительства, которое может создавать точные и сложные модели и надежно обмениваться этими данными в удобном для использования формате, имеет решающее значение для обеспечения успеха аддитивного производства.

Являясь одной из самых точных программ 3D-моделирования благодаря ядру моделирования Siemens Parasolid, Allplan Engineering особенно подходит для нужд аддитивного производства. Любую форму можно быстро, легко и точно смоделировать в Allplan, а также при необходимости усилить. Благодаря мощному интерфейсу Allplan Visual Scripting автоматизация процессов моделирования может быть достигнута даже без знаний программирования. Allplan также поддерживает openBIM и независимый от поставщика обмен данными с использованием формата Industry Foundation Classes (IFC) и стандартного языка тесселяции (STL), который является отраслевым стандартом для аддитивного производства.

Аддитивное производство в строительстве предлагает значительную свободу проектирования и широкие возможности автоматизации. Однако без цифрового метода планирования, такого как BIM, и правильного программного решения эти преимущества было бы трудно реализовать. По мере того, как аддитивное производство становится все более популярным в отрасли AEC, эти требования будут становиться все более важными. Узнайте больше об аддитивном производстве и его преимуществах.

Загрузите следующий информационный документ: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860419309029?via%3Dihub

Аддитивное производство в строительстве – Управление технологиями и операциями

Автор: Triple E

Студент

Изменено 12 ноября 2018 г.

3-D печать: последний «Вау-фактор» Disney

Насколько важным будет аддитивное производство в строительстве будущего? На протяжении многих лет аддитивное производство было постоянной темой обсуждения в отрасли. По большей части обсуждение вращается вокруг попыток понять ограничения, области применения и общее влияние на стоимость строительства.

Введение

Насколько важным будет аддитивное производство в строительстве будущего? На строительной площадке вы сталкиваетесь с рядом проблем: отсутствие согласованности между работами, неэффективность труда, задержки в графике, превышение бюджетных прогнозов, задержки с доставкой материалов и высокий процент отходов материалов. Я наблюдал эти проблемы во время своего опыта работы на сайтах по трудоустройству и постоянно бросал себе вызов, чтобы найти творческие способы смягчения этих проблем. Однако 3D-печать обещает решить некоторые из этих проблем. На протяжении многих лет аддитивное производство было постоянной темой обсуждения в отрасли. По большей части обсуждение вращается вокруг попыток понять ограничения, области применения и общее влияние на стоимость строительства.

Возможности и проблемы

3D-печать может произвести революцию в отрасли. Некоторые компании уже начали работать с этим нововведением. Bouygues, французская компания с глобальным присутствием, является одной из таких компаний. В сотрудничестве с Нантским университетом они построили первый 3D-дом в Нанте. «С помощью 3D-технологии дом площадью 95 м² стал реальностью всего за три дня с помощью руки многошарнирного робота: две полиуретановые стены с залитым между ними бетоном. Этот процесс имеет ряд преимуществ, включая возможности свободной формы и скорость выполнения. Кроме того, теплоизоляция уже установлена в конце процесса строительства». [1]

Первый 3D-дом в Нанте [1]

Преимущества этого процесса на этом не заканчиваются. Он обеспечивает согласованность между рабочими местами, повышает эффективность труда, оптимизирует производство, обеспечивает прочность/долговечность здания или дома, снижает себестоимость производства, сокращает материальные отходы и имеет потенциал для добавления экологически чистых материалов. [2] Внедрение аддитивного производства также изменит рабочую среду, уменьшив количество несчастных случаев и угроз безопасности благодаря автоматизации процесса. [3]

Тем не менее, внедрение 3D-печати в промышленность имеет и свои недостатки: высокая стоимость крупномасштабного принтера, необходимость в специалисте для работы с принтером и черновая отделка. [2] Но самое главное, это необходимость дальнейшего изучения и исследования разработок для улучшения технологий, ориентированных на строительство. Несмотря на то, что аддитивное производство широко используется в других отраслях, этот процесс нуждается в доработке, прежде чем он действительно изменит строительную отрасль. «Эта область все еще находится в зачаточном состоянии, без стандартизированного тестирования и контроля качества для сравнения или оценки этих последних достижений. Кроме того, многие из этих ранних проектов и технологий аддитивного производства являются запатентованными, в них отсутствует общедоступная подробная информация о методологии и качестве конечной детали, что затрудняет сравнение или оценку новых технологий аддитивного производства. Хотя для полной реализации AM в качестве экономичного и надежного варианта в строительной отрасли необходимо проделать большую работу, потенциальные преимущества, которые он может обеспечить, заслуживают дальнейших исследований и разработок». [4]

В 2015 году с использованием новой технологии строилось расширение гранд-отеля «Льюис» на Филиппинах. Эта структура была первой полностью разрешенной структурой, которую действительно можно было использовать. Якич, инженер-материаловед, вместе с Андреем Руденко, разработчиком замкового 3D-принтера, отвечали за проект. «Филиппины — отличное место для печати бетоном из-за погоды. В настоящее время все сделано из бетона, и это страна третьего мира, поэтому она может принести много пользы в зонах бедствий и т. д.», — сказал Якич 3DPrint.com. Площадь проекта составляет около 1500 квадратных футов, и на печать ушло около 100 часов. [5]

Расширение The Lewis Grand Hotel на Филиппинах [5]

Эволюция технологии

Сегодня много компаний занимаются 3D-печатью. Однако, поскольку несколько подрядчиков до сих пор не используют эту технологию, большинство из этих компаний активно участвуют в строительной фазе цепочки создания стоимости; в краткосрочной перспективе более вероятно, что компании будут искать интегрированные решения, в которых они будут использовать собственные ресурсы для проектирования, проектирования, оборудования, программного обеспечения, материалов и строительства. [3]

В среднесрочной/долгосрочной перспективе, по мере развития и совершенствования технологии, ожидается, что субподрядчики будут специализироваться на 3D-печати и превратят аддитивное производство в такую технологию строительства, как сборные конструкции. Это позволит большему количеству компаний воспользоваться преимуществами этой технологии, поскольку для этого потребуется меньше капитала и местных знаний, что расширит использование 3D-печати на строительных площадках. [3]

Некоторые вопросы, касающиеся применения 3D-печати в строительстве, до сих пор остаются без ответа. Будут ли правила препятствием для развития технологии? Заменит ли использование этой технологии строителей?

(количество слов: 746)

Ссылки

[1] Bouygues Construction, «Инновации», https://www.bouygue s-construction.com/en/innovation/all-innovations /3d-printing, по состоянию на ноябрь 2018 г.

[2] Сейед Хамидреза Гаффар; Хорхе Коркер; Мизи Фан, «Технология аддитивного производства и ее внедрение в строительство как экоинновационное решение» https://www-sciencedirect-com.