Распечатать дом: 3D-принтер для строительства — будущее или хайп?

3D-печать — одна из самых «горячих» технологий начала столетия. Хотя первые примитивные 3D-принтеры появились еще в конце 80-х годов прошлого века, только в последние 10-15 лет они стали достаточно совершенными (и дешевыми), чтобы получить массовое распространение.

С помощью этой технологии сейчас печатают все: от пластиковых игрушек и макетов до сложных деталей ракет и органов. Строительную сферу тоже не обошли вниманием: сейчас 3D-принтеры для строительства активно разрабатывают десятки компаний, некоторые из которых уже достигли немалого успеха и применяют их на практике. Причем не только для создания скамеек и другого уличного декора, но и для возведения домов.

Разбираемся, что такое строительный 3D-принтер — будущее, которое наступило, или хайповая технология, которая останется только в нишевых проектах, когда интерес к ней схлынет.

Содержание

Что такое 3D-принтер для строительства домов и как он работает

3Д-принтер для строительства мало чем отличается от домашних устройств, на которых дети печатают игрушки из пластика. Но есть три существенных отличия: размеры, расходный материал и, конечно, цена. 

По сути, промышленный 3D-принтер для строительства домов — это ЧПУ-станок. Только вместо сверления отверстий или разрезания лазером металла, он по заданной траектории наносит тонкий слой расходного материала. Потом поверх первого слоя добавляется еще один, и еще, и еще — и так до тех пор, пока принтер слой за слоем не «напечатает» загруженную в его память объемную модель.

Для этого 3D-модель, например, садовой скамейки, создают в CAD-программе. Затем ее «разрезают» на тонкие слои, которые по очереди — от нижнего к верхнему — отправляют на «печать».

В итоге получается конструкция, которая чем-то напоминает слоеный пирог. Только с большими пустотами внутри.

Способы строительства домов с помощью 3D-принтера

Принцип работы 3Д-принтера для строительства дома всегда одинаков: 

• нанесли тонкий слой;
• дали ему высохнуть или набрать необходимую прочность;
• нанесли следующий слой;
• и так по кругу.

А вот способ нанесения этого слоя и его состав бывают разными. Как и конструкция самого принтера, но об этом отдельно и чуть ниже.

Итак, при строительстве с помощью 3Д-принтера расходный материал наносят обычно одним из трех способов: экструзией, порошковым методом или многоструйным моделированием.

Экструзия

В этом случае готовая строительная смесь из бункера выдавливается через специальную печатающую головку, которая может двигаться в трех плоскостях. Самый распространенный метод «печати» для строительных 3D-принтеров.

Порошковый метод

Технология двухэтапной 3D-печати: сначала наносится порошковая строительная смесь, а потом — специальный клей. Это позволяет получать стены с более ровной поверхностью. Кроме того, порошковый метод лучше приспособлен к полевым условиям — в частности, нет риска застывания строительной смеси в сопле в случае сбоя в работе.

Технология довольно редкая, поскольку строительные 3D-принтеры для строительства на ее основе сложнее экструзионных устройств.

Многоструйное моделирование

Очень редкий способ 3D-печати, который используется всего в нескольких устройствах. Этот метод очень похож на обычную струйную печать: есть несколько сотен сопел, через которые выдавливается строительная смесь. Каретка, на которой закреплены сопла, медленно движется и создает нужный рисунок.

Главное преимущество такого устройства — скорость работы, которая в разы или десятки раз выше, чем у принтера-экструдера.

Способов печати на строительных 3D-принтерах на самом деле больше. Ведь их используют не только для возведения домов и создания декора, но и для строительства сложных металлоконструкций, например, мостов. Но такие станки не тема этой статьи — нас интересуют частные дома.

Чем печатаем: строительные смеси

Чаще всего в 3Д-принтерах для строительства используется модифицированный бетон. Но не обычный, а особый: со специальными присадками, пластификаторами, часто с армирующими элементами. В результате получается пластичная смесь с высокой степенью однородности, которая при этом быстро застывает и набирает прочность.

Причем 3D-принтеры по бетону разных производителей для строительства дома используют разные смесовые составы. Это связано с тем, что разработчики оборудования подбирают состав строительной смеси так, чтобы она не забивала сопло, не налипала на него и выходила аккуратной однородной массой без образования пузырей и других дефектов. А поскольку и экструдеры вообще, и сопла в частности у производителей уникальны, это сказывается и на смесях.

Второй по популярности тип строительного состава — это различные смеси на основе глины. Их используют по двум причинам: во-первых, они считаются более экологичными, во-вторых, они доступнее.

Это не имеет особого значения, если дом строится в городской черте или недалеко от города. Но использование бетонной смеси сильно ограничивает применение 3D-принтеров в строительстве зданий, расположенных в отдалении от крупных городов, поскольку вместе с оборудованием тогда придется везти и много тонн расходных материалов. Это как минимум неудобно и ведет к дополнительным расходам. Не говоря уже о том, что замешивание бетонной смести для большей части строительных 3D-принтеров возможно только в заводских или лабораторных условиях, но никак не в полевых.

«Печать» из глины по большей части решает эту проблему — в этом случае везти с собой нужно только модификаторы. Это делает возможным, например, строительство домов 3Д-принтером на отдаленных территориях России.

Кроме глины, для печати используют смеси с землей, золой, соломой — это позволяет строить дома фактически из мусора и того, что вы добудете на участке.

Наименее распространены строительные 3D-принтеры, которые работают по инвертированной технологии и используют для строительства домов изоляционную пену из пенополиуретана. То есть 3D-принтер печатает не стены, а слой утеплителя на них. При этом работу устройства каждые 1-1,5 м высоты останавливают и заливают в стены бетонную смесь, используя теплоизоляцию в качестве несъемной опалубки.

Такие 3D-строительные принтеры особенно актуальны в России, поскольку позволяют сразу же решить проблему с утеплением дома. Причем среди используемых в частном строительстве теплоизоляционных материалов пенополиуретан самый эффективный.

Виды строительных 3Д-принтеров

Есть четыре основных разновидности строительных 3Д-принтеров:

1. Портальные. Такие 3D-принтеры состоят как минимум из двух вертикальных стоек и двух горизонтальных направляющих между ними. По получившейся раме передвигается каретка с закрепленным на ней экструдером. Это очень надежная конструкция, но «напечатать» с ее помощью можно только объекты, которые помещаются внутри каркаса.

2. Циркульные. Такой строительный 3Д-принтер предназначен для строительства больших домов и сооружений на удалении от городов. Представляет собой каретку, которая надета на способную поворачиваться на 360° основу. 

3. С манипуляторами. Это просто роботизированная «рука», которую адаптировали под 3D-печать. Самые сложные в управлении, но и самые гибкие модели.

4. Дельта-тип. В этом случае экструдер подвешивается на трех рычагах, которые закрепляются на стойках. В результате его позиция определяется положением рычагов.

При строительстве небольших домов с помощью 3Д-принтера обычно используют портальные модели, реже — циркульные. Устройства типа «дельта» хороши для больших или высоких домов, а манипуляторы — для создания небольших деталей, для которых важна точность позиционирования экструдера.

Плюсы и минусы строительства с помощью 3D-принтера

Применение 3Д-принтера в строительстве — новая, но очень перспективная технология. «Распечатанные» дома:

1. Дешевые — «коробка» обходится в несколько тысяч долларов.
2. Можно построить быстро — небольшие дома могут быть готовы меньше чем за сутки.
3. Прочные, поскольку фактически монолитные.
4. Могут быть почти любой формы — фантазия архитектора ограничена только прочностью конструкции.
5. Такие, как на картинке — любой ЧПУ работает с высокой точностью, поэтому дверные и оконные проемы будут точно такой же ширины, как проекте.

Тем не менее, 3D-печать — это далеко не волшебная палочка. Минусов у этой технологии немало, причем один из них делает невозможным строительство 3Д-принтером в России. Да и не только в ней.

Этот минус — стандартизация. Во многих странах мира технологии и требования к строительным конструкциям строго стандартизированы. И Россия — один из чемпионов в этом. В свое время великая Заха Хадид была вынуждена изменить свой проект Dominion Tower в Москве, потому что вылеты бетонных плит не соответствовали нормативам. Получится ли в России ввести в эксплуатацию дом, который даже не построен, а распечатан на строительном 3D-принтере — вопрос риторический.

Остальные минусы тоже весомые:

• чрезвычайно дорогое оборудование;
• отделку и остальные внутренние работы, включая устройство инженерных сетей, все равно нужно делать по традиционным технологиям;
• нужны очень квалифицированные рабочие для контроля качества;
• специфический внешний вид, который понравится не каждому.

Подведем итоги

Технология 3D-печати в строительстве — инновационная и трендовая, но пока имеет мало общего с практикой. Потенциально это способ быстро строить невероятно дешевые дома любой формы, хоть самой футуристичной. В реальности эта технология пока применяется единично, поскольку даже просто покупка строительного  3D-принтера — это огромные инвестиции. А отсутствие упоминаний этой технологии в нормативах и вовсе делает практически невозможным ввод таких зданий в эксплуатацию.

---