3Д принтер в строительстве: технология и перспективы её использования

Содержание

3D-принтер для строительства — наступившее 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.

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.

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.

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.

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.
  1. 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. 
  1. С манипуляторами. Это просто роботизированная «рука», которую адаптировали под 3D-печать. Самые сложные в управлении, но и самые гибкие модели.
  1. 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.

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.

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.

Печать домов на 3D принтере: перспективы развития технологии

29 апреля 2016 г.

Возведение любого здания предполагает наличие элементарных структурных единиц: кирпичей, панелей, готовых модулей. Создание новых единиц и их существование определяются многими факторами, но прежде всего ценой и возможностями комбинации. Как правило, чем массивнее такая единица, тем быстрее возводится здание и тем меньше его цена, но из-за этого постройки, как правило, лишены индивидуального характера.

Контурное строительство, которое предлагает просто распечатывать дома на специальных 3D принтерах, может стать революцией в решении этой дилеммы.

Технология 3D принтеров не так нова, как может показаться на первый взгляд: она была разработана ещё в 1984 году компанией Charles Hull. Через четыре года была создана первая модель 3D принтера для печати в домашних условиях.

Первый 3D принтер для печати в домашних условиях SLA-250

Но пик популярности 3D принтера, как и скачок в развитии технологии, приходится на XXI век: уже сейчас принтер может печатать большую часть своих собственных деталей, ведутся эксперименты по использованию биоматериалов для картриджей, что позволит печатать даже человеческие органы. Неудивительно, что достаточно большой 3D принтер представляется идеальным вариантом для строительства домов.

Принтер для контурного строительства домов

Суть технологии в том, что специальным устройством послойно укладывается пластичный материал, заправленный в картриджи. «Распечатать» дом на таком устройстве можно будет за считанные дни, при этом сведя отходы от стройки фактически к нулю.

3D принтер для строительства, разработанный в университете Лафборо

На данный момент в промышленных масштабах проект такого принтера реализован только китайской компанией Shanghai WinSun Decoration Design Engineering Co. Устройство высотой 150 метров пока может «печатать» только типовые конструкции не более 6 метров в высоту.

Дом, напечатанный на 3D принтере

Но в перспективе, при развитии технологии, контурное строительство предполагает очень большую гибкость в реализации архитектурных проектов. На одном и том же принтере, не закупая новые материалы, только внося изменения в программу, можно будет возводить самые разные по форме здания. Уже сейчас архитекторы из Universe Architecture (Голландия) планируют «напечатать» дом в форме ленты Мёбиуса.

«Ландшафтный дом» в форме ленты Мёбиуса

Пока не разработано 3D принтеров, позволяющих «печатать» высотные здания, но и в этом направлении идёт активный поиск решений. Компания MX3D планирует «распечатать» мост в Амстердаме, чтобы впоследствии применить протестированную таким образом технологию к строительству высотных зданий.

Проект «напечатанного» моста MX3D                   

Использование 3D принтера может стать идеальным решением для строительства дешёвого, но уникального жилья быстро и без отходов. И такой способ возведения зданий может быть востребован не только на Земле: эти качества также важны, если строить дома на других планетах. Уже сейчас Nasa планирует использовать 3D принтер, разработкой которого занимается профессор университета Южной Калифорнии Берок Кошневиц, для постройки обитаемой базы на Луне.

Проект возведения обитаемой базы на Луне

Печать дома на 3d-принтере: Как напечатать дом на 3d-принтере

Eva ZimmermannСохранить фотоЗаключение: 3D — эйфория или трезвый взгляд на будущее?
Поклонники новой технологии буквально подталкивают нас к порогу новой эры. Если ученые станут делиться своими разработками, и технология будет доступна каждому, 3D-печать действительно сможет изменить мир. Производство необходимых предметов может переехать в кухни и гостиные, и тогда мы будем меньше загрязнять окружающую среду, поскольку необходимость в перевозке и доставке товаров снизится многократно.

Но если мы будем говорить об архитектуре, то здесь размеры продолжают быть серьёзным препятствием для дальнейшего развития технологии. Кроме того, список строительных материалов, которые можно заправлять в 3D-принтеры, пока еще весьма ограничен.

Доктор Джейн Барри говорит и о серьезной конкуренции технологий в строительной индустрии: «Я предполагаю, что в следующие десять лет 3D-печать будет развиваться параллельно с другими технологиями, но собственные деньги я бы вложила не в неё, а в деревянное строительство, — это самый очевидный тренд». По ее мнению, клееная многослойная древесина с продольно-поперечным расположением слоев — это как «фанера на стероидах». Такой материал чем-то напоминает бетон в том смысле, что из него можно построить дом целиком, без внутреннего каркаса. Это означает, что потенциально дома можно будет строить быстрее и дешевле. «Я не говорю, что эти технологии не могут сосуществовать, — добавляет она. — В конце концов, 3D-принтер можно заправить и материалом на основе древесины».

Нам предстоит еще многое изучить и опробовать. Возможно, мы и не станем печатать дома на Луне в ближайшем будущем, но 3D-печать, определенно, сделает возможным строительство домов более сложной геометрии. Уже довольно скоро составные части зданий, напечатанные из нескольких материалов, смогут приспосабливаться к климатическим изменениям. В любом случае, следующего этапа в развитии 3D-печати домов мы будем ждать с нетерпением и трепетом.

РАССКАЖИТЕ НАМ…
Есть ли будущее у архитектуры, основанной на 3D-технологиях? Или инновации ограничатся сферой промышленного дизайна? Поделитесь своим мнением в разделе комментариев!

Впервые 3D-печать используют для строительства здания

| Поделиться К 2014 г. планируется возвести первое в мире здание с помощью технологии 3D-печати. Стоимость проекта составит 4-5 млн евро.

Голландский архитектор Яняап Рёйссенарс (Janjaap Ruijssenaars) планирует построить двухэтажное здание с помощью технологии 3D-печати, сообщает Los Angeles Times.

Здание под названием Landscape House имеет форму ленты Мебиуса — пол в нем постепенно переходит в потолок и обратно. По мнению архитектора, такое сооружение идеально впишется в естественный ландшафт.

Для того чтобы построить сооружение архитектор планирует использовать 3D-принтер под названием D-Shape, разработанный итальянским конструктором Энрико Дини (Enrico Dini). Используя песок и специальную скрепляющую смесь, данный агрегат способен создавать объекты по прочности не уступающие конструкциям из бетона.

Сооруженный из алюминиевых балок D-Shape использует программное обеспечение CAM для управления печатающей головкой. По словам изобретателя машины Дини, ее легко перевезти и можно развернуть в любом удобном месте за несколько часов с помощью всего двух технологов.

С помощью D-Shape будут созданы элементы конструкции здания размером 9 x 6 метров, из которых оно будет построено. Каждый элемент будет создан принтером путем склеивания 5-миллиметровых слоев песка.


Проект здания Landscape House

По оценке Рёйссенарса, строительство Landscape House обойдется в 4-5 млн евро. В случае успеха архитектор рассчитывает, что копии здания будут возведены по всему миру. Как сообщает BBC, к проекту уже проявили внимание музеи, выставочные центры и частные инвесторы.

Илья Зуев, «Райффайзен банк»: Передовые технологии не помогут, если в ИБ-процессах отсутствуют качество и полнота

ИТ в банках

«В традиционном строительстве вам необходимо сооружать деревянную опалубку, заливать в нее бетон, ждать, когда он застынет, затем разбирать опалубку. На это уходит уйма времени и сил, — заявил архитектор. — Вы можете просто напечатать то, что желаете. Это более простой способ возведения конструкций».


3D-принтер D-Shape

«Для меня, как архитектора, печать является отличным способом реализации идеи здания с особенным дизайном, в котором пол и потолок перетекают друг в друга бесконечно», — добавил Рёйссенарс.

Технологию 3D-печати впервые планируется использовать для строительства здания. Ранее с ее помощью научились выпускать чехлы для мобильных телефонов и другие небольшие предметы. Компания Nokia на днях опубликовала на своем сайте размеры для самостоятельной печати кейсов для смартфона Nokia Lumia 820 на 3D-принтере.

Компания Gartner считает технологию 3D-печати одной из наиболее перспективных.

Сергей Попсулин



В Дубае открылся первый напечатанный на 3D-принтере офис / Хабр

Недавно в Дубае объявили о стратегии, связанной со строительством с помощью 3D-принтеров: власти планируют, что к 2030 году 25% всех зданий в этом городе будут напечатаны. Первым шагом стало открытие напечатанного офиса в центре города. На печать деталей и возведение одноэтажного здания площадью 250 квадратных метров ушло 17 дней и 140 тысяч долларов, что в два раза дешевле строительства такого же здания традиционными методами.



Для печати модулей для строительства здания использовали принтер высотой в два этажа, длиной 36 метров и шириной 12 метров. За работой машины следил один человек. После печати модулей их доставляли на место строительства, где команда из 17 рабочих собирала здание и обустраивала его.

Video: Office of the Future in #Dubai, world’s first 3D printed office https://t.co/aR4xxnl8i3

— Dubai Media Office (@DXBMediaOffice) May 24, 2016

«Сегодня мы анонсируем открытие первого в мире распечатанного на 3D-принтере офиса, меньше чем через месяц после запуска стратегии 3D-печати в Дубая, которая показывает современную модель строительства. Этот опыт по внедрению технологии будущего мы показываем всему миру, и он представляет собой новую веху в ОАЭ в качестве мирового лидера в области стратегических достижений», —

говорил

шейх Мохаммед ибн Рашид Аль Мактум, эмир Дубая, на открытии офиса. «Этот проект станет примером, который принесёт пользу регуляторам, а также научно-исследовательским центрам на региональном и международном уровнях в области применения технологии 3D-печати. Мы задокументируем этот опыт и получим из него наиболее важные уроки, которые послужат в качестве ориентиров, чтобы поднять эту технологию на новый уровень».

По мнению шейха, конкурентные преимущества 3D-печати, а именно — низкая стоимость и высокая скорость доставки, сделают ОАЭ одним из наиболее важных и устойчивых экономических центров, позволяя эффективно использовать технологию в будущем.


Фото: Reuters

Напечатанный офис представляет из себя одноэтажное здание сложной формы площадью 250 квадратных метров. В нём есть электричество, водопровод, телекоммуникационное оборудование, система кондиционирования воздуха. Это обычный офис, для строительства которого использовали напечатанные с помощью специального состава детали. Принтер использовал смесь цемента, армированного пластика и армированного стекловолокном гипса. Эти материалы тестировали в Китае и в Великобритании, чтобы проверить их надёжность. Форма деталей (дуга, можно увидеть в видео выше) обусловлена обеспечением безопасности людей и устойчивости здания.

Разработчики приняли ряд мер для повышения энергоэффективности здания в условиях климата Дубая.

Здание станет временной штаб-квартирой Dubai Future Foundation, а в следующем году превратится в Музей Будущего.


Шейх Мохаммед ибн Рашид Аль Мактум, эмир Дубая, премьер-министр и вице-президент Объединённых Арабских Эмиратов на открытии офисного здания

3D принтер в строительстве

Стальная конструкция, которая имеет все шансы изменить современное представление человечества об архитектуре и строительстве. 3D-принтер способен начинать свою задачу хоть с USB-флешки.

Профессор Берок Хошневис сообщил о создании нового принтера, который за один день может построить полноценный дом. По заявлению разработчиков, этот принтер может построить дом общей площадью 230 кв. м. всего за сутки.

За те же сутки он может «напечатать» с десяток домов площадью в двадцать футов. Основная цель, которую ставили перед собой разработчики — создание качественного, доступного и недорого жилья в кратчайшие сроки.

Что касается размеров то этот принтер несколько отличается от обычного не только функциональностью, но и размерами: около тридцати метров в длину и одиннадцать метров в ширину, он еще и в высоту достигает отметки в семь метров. Интересно и то, что бетон будет производиться из веществ, пригодных для переработки.  Для его заправки используется смесь из строительных отходов, включающих стекло, сталь и цемент, которые наносятся слой за слоем до тех пор, пока не будет создана стенка нужной толщины.

 

Дом построенный с помощью 3D принтера

Замок построенный с помощью 3D принтера

Китайский принтер будет работать следующим образом: в специальные емкости заливается бетон в жидком состоянии, и благодаря использованию определенных технологий этот бетон будет застывать за несколько часов.

Формирование стен с помощью 3D принтера

Именно из бетона будут формироваться стены и перекрытия, причем смесь будет заливаться слой за слоем, как и полагается при заливке бетона. В результате всех этих манипуляций принтер создает дом, с дверью, крышей и окнами, вполне пригоден для проживания.

Укладка слоев бетона с помощью 3D принтера

Обслуживание принтер требует минимального, что позволит экономить на оплате труда рабочих. Так, например стоимость сооружения одного 5-этажного дома, созданного таким образом, — около $ 150 000.

Гигантский робот заменит бригаду строительных рабочих с помощью влажного бетона, подается из специального наконечника и формирующего стены дома по заранее разработанной компьютерной схеме. При строительстве домов с помощью 3D используется технология Contour Crafting.

Перспективным направлением в современном строительстве является использование технологий 3D-проектирования которыми занимаются специализированные компании. Разработку таких проектов можно заказать на сайте https://www.pointcad.ru/product/configurator-360.

«Контурная строительство» — это технология, при которой здания возводятся слоями, имеет огромный потенциал для максимальной автоматизации процесса создания архитектурных сооружений.

Многоэтажное строительство с помощью 3D принтера

С помощью этой технологии можно создавать как отдельные здания так и целые серии зданий с различными дизайнами за один раз, причем каждое сооружение сразу же будет оснащен кондиционером, встроенной электрической и водопроводной систем.

Кроме того, по сравнению с традиционным, «контурное строительство» позволит уменьшить стоимость строительства объектов на 20-25%, объем строительных материалов, используется — на 25-30%, а количество необходимой рабочей силы — на 45-55 %.  Кроме того, использование новой технологии может привести к тому, что строительная отрасль станет производить меньше отходов, шума и грязи.

Применение 3D-печати в строительстве храма

Цель | Задача | Решение | Результаты | Заключение

В конце 1883 года Антонио Гауди было поручено продолжить работу над Искупительным храмом Святого Семейства в Барселоне. Он занимался проектом вплоть до самой своей смерти в 1926 году. С тех пор различные архитекторы продолжали начатое Гауди дело, следуя его оригинальной идее. Сегодня два 3D-принтера помогают архитекторам следовать методу великого мастера, экономя время и деньги.

Саграда-Фамилия: Искупительный Храм Святого Семейства, спроектированный Антонио Гауди.

Проблема: сложные, необычные формы и поврежденные первоначальные макеты.

Решение: 3D-печать с помощью двух принтеров Spectrum Z510 (в настоящее время модель заменена на ProJet 660 Pro).

Результаты:

  • более качественные модели, в том числе функциональных элементов;
  • экономия материала;
  • больше моделей за меньшее время;
  • лучшее взаимопонимание и взаимодействие между участниками проекта;
  • меньше ошибок, экономия времени и денег.

Модель Храма Святого Семейства, напечатанная в 3D

Когда в 1882 году началась подготовка к строительству храма, архитекторы, каменщики и каменотесы использовали традиционный двухмерный подход. Гауди понимал, что та геометрическая форма, с которой они имеют дело, требует иного метода. Двухмерные чертежи здесь были совершенно бесполезны, за исключением планирования геометрической оси храма и колонн.

Сложность формы Храма Святого Семейства заставила Антонио Гауди обратиться к трехмерному подходу. Проект храма требовал трехмерных макетов для визуализации архитектурных решений и анализа возможности их воплощения в жизнь. С самого начала Гауди собрал группу специалистов по моделированию и скульпторов, чтобы изучить различные варианты, которые позже отвергались либо принимались. Последние мы и видим сегодня в храме.

«Из-за сложности поверхностей и форм работа с проектами Гауди в двухмерном измерении не имеет смысла с архитектурной точки зрения», – говорит главный архитектор Жорди Колль.

Гауди был мечтателем и новатором, который экспериментировал с формами и концепциями. Он всегда использовал самые передовые из доступных в его время технологий.


Вам необходимо напечатать макет, прототип или литейную мастер-модель? Мы выполняем заказы по 3D-печати фотополимером, гипсом и воском на оборудовании ведущих производителей! Задайте ваш вопрос или оставьте онлайн-заявку:

Заказать услугу


Цель

После смерти Гауди в 1926 году мечтой всех его учеников, любителей архитектуры и всех каталонцев было увидеть Храм Святого Семейства в законченном виде. Эта мечта еще более окрепла после того, как во время Гражданской войны в Испании мастерская Гауди была разрушена, и большая часть его сочинений, чертежей, фотографий и трехмерных макетов уничтожена.

Многочисленные материалы и документы, а также уцелевшие части поврежденных макетов были спасены коллегами Гауди, и это стало отправной точкой для решения серьезной задачи – завершения строительства храма в том виде, в каком его задумал Гауди.

Задача

Трехмерные модели Храма Святого Семейства, созданные на принтерах 3D Systems по технологии полноцветной 3D-печати

Перед сегодняшним техническим бюро по строительству храма стоит задача изучить первоначальный проект Гауди во всей его сложности. Это предполагает:

  • инвентаризацию и организацию фрагментов гипсовых моделей из остатков поврежденных первоначальных макетов;
  • выработку гипотез по поводу недостающих частей;
  • изготовление трехмерных гипсовых моделей до планирования реальных строительных работ;
  • разработку и проверку плана строительства храма;
  • реальное строительство (бетон, камень, каталонские арочные своды).

Сохранившиеся образцы и макеты, так же, как и фотографии, документы и чертежи, помогают осуществлять проект. Макеты, созданные Гауди, были восстановлены, воспроизведены, проверены и изменены столько раз, сколько это было нужно, чтобы гарантировать их соответствие первоначальному проекту, а также возможность их реализации в процессе строительства.

Десятилетиями эта работа выполнялась вручную, однако этот процесс был долгим и дорогостоящим. Также это обусловило очень большие расходы на материалы, так как рука человека не может создавать макеты должного качества в масштабе менее чем 1:25.

Поскольку строительство Храма Святого Семейства ведется исключительно на пожертвования, его завершение временами казалось очень отдаленной мечтой. 

Решение

Архитекторы Жорди Колль, Жорди Фаули и Марк Бэрри начали изучать самые передовые технологии, используемые в авиастроении и автомобилестроении, такие как программное обеспечение для трехмерного проектирования. После обработки данных они создавали 3D-файл нужной детали. Это позволяло им лучше понять математику и пропорции, свойственные проектам Гауди. Годами изучая материал, они медленно открывали то, что в нем было заложено.

Настоящая революция в работе произошла с появлением 3D-принтеров: они позволили автоматически воплощать в реальность трехмерные CAD-чертежи с небывалой детализацией, точностью и всего за несколько часов. Техническое бюро по строительству Храма Святого Семейства приобрело два 3D-принтера 3D Systems Spectrum Z510, работающие по технологии CJP, которые существенно упрощают задачу группы. Теперь большую часть рабочего времени сотрудники могут посвятить исследованию и реконструкции моделей, чтобы производить расчеты и решать проблему в целом. В результате создаются трехмерные CAD-файлы деталей, а принтеры Spectrum Z510 продолжают их безупречно печатать.

Результаты

3D-принтеры в интерьере Саграда-Фамилия

Более качественные модели: 3D-принтеры Spectrum Z510 способны легко и с большей точностью воспроизводить мелкие детали, чем это может сделать рука человека.

Экономия материала: 3D-принтер способен создать исходную модель в масштабе 1:50 и 1:100 (и в масштабе Гауди 1:10 и 1:25), а оставшийся после работы материал можно использовать вновь.

Больше макетов за меньшее время: большая камера печати и более быстрая печать (2-3 см в час по вертикали).

Лучшее взаимопонимание и взаимодействие между участниками проекта: создание моделей с помощью 3D-печати обеспечивает лучшее взаимопонимание между специалистами технического бюро и строителями.

Меньшее количество ошибок: это приводит к экономии времени и денег.

Функциональные элементы: напоминающий гипс материал, используемый принтерами 3D Systems, похож на тот, который применялся для создания первоначальных моделей, что позволяет легко совмещать исходные и современные детали.

Храм Святого Семейства планировалось закрыть к 2010 году (чего, как известно, пока не произошло) и завершить его строительство до конца первой трети нашего века.

Заключение

Так же, как и во времена Антонио Гауди, сегодня для завершения строительства применяются лучшие технологии, и они дают прекрасные результаты. Благодаря использованию САПР и 3D-принтеров производство трехмерных моделей стало более выполнимой задачей. К тому же, решается она гораздо быстрее. Скорость является ключевым фактором в упрощении процесса проверки проекта на ошибки и тем самым способствует более быстрому ходу строительства.

Спустя 125 лет благодаря чудесам 3D-технологии и концепции сегодняшних главных архитекторов Храма Святого Семейства работа над интерьером собора близка к завершению, и результат отражает первоначальный замысел Гауди и его методологический подход.

«Если бы Гауди жил сегодня, он бы максимально использовал 3D-технологию, так как большая часть его творения была изначально задумана в трехмерном измерении», – говорит Жорди Колль. Интересно, что многие люди не удивлены, что гений Гауди будет летать на крыльях 3D-технологии.

Статья опубликована 02.10.2017 , обновлена 28.01.2022

3D-печать в строительстве — Проектирование зданий

3D-печать (иногда называемая аддитивным производством (AM)) — это управляемое компьютером последовательное наслоение материалов для создания трехмерных форм. Это особенно полезно для прототипирования и изготовления геометрически сложных компонентов.

Впервые он был разработан в 1980-х годах, но в то время это была сложная и дорогая операция, поэтому она мало применялась. Только с 2000 года он стал относительно простым и доступным и, таким образом, стал жизнеспособным для широкого спектра применений, включая дизайн продуктов, производство компонентов и инструментов, бытовую электронику, пластмассы, металлообработку, аэрокосмическую технику, стоматологические и медицинские приложения, а также обувь. .

Продажи машин AM, или «3D-принтеров», быстро росли, и с 2005 года использование 3D-принтеров в домашних условиях стало практичным.

Системы 3D-печати, разработанные для строительной отрасли, называются «строительными 3D-принтерами».

Цифровая 3D-модель предмета создается либо с помощью автоматизированного проектирования (САПР), либо с использованием 3D-сканера. Затем принтер считывает дизайн и накладывает последовательные слои печатного носителя (это может быть жидкость, порошок или листовой материал), которые соединяются или сплавляются для создания предмета. Процесс может быть медленным, но он позволяет создать практически любую форму.

В зависимости от принятой технологии печать может производить несколько компонентов одновременно, может использовать несколько материалов и может использовать несколько цветов.

Точность можно повысить с помощью процесса вычитания с высоким разрешением, при котором материал удаляется с напечатанного изделия большого размера. Некоторые методы включают использование растворимых материалов, которые поддерживают выступающие элементы во время изготовления.

Печать на таких материалах, как металл, может быть дорогостоящей, и в этом случае может оказаться более рентабельным напечатать форму, а затем использовать ее для создания изделия.

В строительной отрасли 3D-печать можно использовать для создания строительных компонентов или «печати» целых зданий. Строительство хорошо подходит для 3D-печати, поскольку большая часть информации, необходимой для создания предмета, будет существовать в результате процесса проектирования, а в отрасли уже имеется опыт автоматизированного производства. Недавнее появление информационного моделирования зданий (BIM), в частности, может способствовать более широкому использованию 3D-печати.

Строительство 3D-печать может обеспечить более быстрое и точное строительство сложных или индивидуальных объектов, а также снижение затрат на рабочую силу и производство меньшего количества отходов.Это также может позволить вести строительство в суровых или опасных условиях, не подходящих для человеческой рабочей силы, например, в космосе.

В 2014 году инженеры Arup использовали 3D-печать для изготовления стального узла для легкой конструкции. Саломе Гальжаард, руководитель группы Arup, сказала: «Это имеет огромное значение для снижения затрат, сокращения отходов и позволяет создавать очень сложные конструкции…»

Профессор Бехрох Хошневис из Калифорнийского университета разработал процесс «обработки контуров» с использованием бетона для производства мелкомасштабных моделей внешних и внутренних стен домов и тестирует гигантский переносной 3D-принтер, который можно использовать для создания стены дома за 24 часа. Для роботизированной системы требуется плоская заземляющая плита с подземными коммуникациями. По обеим сторонам опоры установлены рельсы, чтобы можно было использовать козловой кран, перекрывающий здание. Затем сопло, управляемое компьютером, подает слои бетона. Слои наращиваются, образуя внутреннюю и внешнюю обшивку для каждой стены, оставляя их для последующего заполнения изоляцией или бетоном.

Шанхайская фирма WinSun Decoration Design Engineering использовала большие 3D-принтеры для распыления смеси быстросохнущего цемента и переработанного сырья (ref.Би-би-си). Это позволило им построить 10 небольших демонстрационных «домов» менее чем за 24 часа. Они предположили, что каждый дом можно напечатать менее чем за 5000 долларов. Их система изготавливает блоки за пределами площадки путем укладки цементной смеси по диагонали. Затем блоки собираются на месте. Winsun считает, что в будущем эту технику можно будет использовать для строительства больших домов или даже небоскребов. В 2015 году они объявили, что напечатали и целую виллу, и пятиэтажный доходный дом. (См. Global Construction Review, 21 января 2015 г.)

Голландский проект занимается изготовлением полноразмерной типографии в течение нескольких лет, чтобы продемонстрировать потенциал новой технологии (Ref. BBC 3 May 2014).

В июле 2014 года китайская компания Qingdao Unique Products Develop Co представила самый большой в мире 3D-принтер на Всемирной конференции и выставке индустрии технологий 3D-печати в Циндао. Его первой задачей будет печать семиметрового Храма Неба. (Исх. Менеджер по строительству, 1 июля 2014 г.)

В ноябре 2014 года Skanska и Университет Лафборо подписали соглашение о разработке того, что они называют первым в мире коммерческим роботом для печати бетона. (См. Construction Enquirer, Skanska для печати 3D-изделий из бетона.)

В Испании 14 декабря 2016 года в городском парке Кастилия-Ла-Манча в Алькобендасе, Мадрид, был открыт первый в мире пешеходный мост, напечатанный на 3D-принтере (3DBRIDGE). Используемая технология 3DBUILD была разработана компанией ACCIONA, которая отвечала за структурный дизайн, разработку материалов и производство 3D-печатных элементов. Мост имеет общую длину 12 м и ширину 1,75 м и выполнен из микроармированного бетона. Архитектурный проект был выполнен Институтом передовой архитектуры Каталонии (IAAC).

3D-принтер, использованный для строительства пешеходного моста, был изготовлен компанией D-Shape. 3D-печатный мост отражает сложность природных форм и был разработан с помощью параметрического дизайна и вычислительного дизайна, что позволяет оптимизировать распределение материалов и максимизировать структурные характеристики, имея возможность размещать материал только там, где он необходим, с полной свободой форм. .Пешеходный мост Алькобендас, напечатанный на 3D-принтере, стал важной вехой для строительного сектора на международном уровне, поскольку в этом проекте впервые была применена крупномасштабная технология 3D-печати в области гражданского строительства в общественных местах.

См. также: Строительный рынок 3D-печати.

Очевидно, что все эти проекты имеют огромный потенциал. Есть вопросы о том, как строительная 3D-печать может быть интегрирована с другими компонентами здания, и как они будут включать в себя услуги и армирование, но в долгосрочной перспективе они должны производить более качественные, быстрые и, возможно, более дешевые здания.

Однако систематизированное строительство — это не то, к чему мы привыкли в Великобритании. После Второй мировой войны был кратковременный бум панельных систем для высотных жилых домов, но многие из получившихся зданий были однообразными и уродливыми, часто с проблемами конденсации. В Великобритании наблюдается возрождение интереса к панелеобразованию и сборным конструкциям, однако доля рынка остается низкой.

Все эти инновации требуют сложного оборудования, и хотя можно предусмотреть использование какой-либо упрощенной версии для производства специализированных компонентов в более промышленных масштабах, сомнительно, что это заменит кирпичи и раствор.

В рамках 2D-проекта WikiHouse разрабатывается альтернативный подход к цифровому производству зданий. WikiHouse — это не аддитивный процесс, а открытый набор информации о конструкции строительных компонентов, которую можно загрузить, изготовить и собрать с использованием местных общедоступных материалов и оборудования. Это низкотехнологичная сборка, требующая небольшой подготовки.

Плагин WikiHouse для Google SketchUp позволяет пользователям создавать файлы для резки компонентов, которые могут быть изготовлены из стандартных листовых материалов, таких как фанера, с использованием станка с числовым программным управлением (ЧПУ).Затем компоненты собираются, а соединения формируются с помощью штифтов и клиньев. Полученные рамы можно поднять и собрать вручную, а затем прикрепить облицовочные панели и установить коммуникации и окна. Утверждается, что «шасси» для одноэтажного дома можно построить за день.


3D-печать в строительстве — Проектирование зданий

3D-печать (иногда называемая аддитивным производством (AM)) — это управляемое компьютером последовательное наслоение материалов для создания трехмерных форм.Это особенно полезно для прототипирования и изготовления геометрически сложных компонентов.

Впервые он был разработан в 1980-х годах, но в то время это была сложная и дорогая операция, поэтому она мало применялась. Только с 2000 года он стал относительно простым и доступным и, таким образом, стал жизнеспособным для широкого спектра применений, включая дизайн продуктов, производство компонентов и инструментов, бытовую электронику, пластмассы, металлообработку, аэрокосмическую технику, стоматологические и медицинские приложения, а также обувь. .

Продажи машин AM, или «3D-принтеров», быстро росли, и с 2005 года использование 3D-принтеров в домашних условиях стало практичным.

Системы 3D-печати, разработанные для строительной отрасли, называются «строительными 3D-принтерами».

Цифровая 3D-модель предмета создается либо с помощью автоматизированного проектирования (САПР), либо с использованием 3D-сканера. Затем принтер считывает дизайн и накладывает последовательные слои печатного носителя (это может быть жидкость, порошок или листовой материал), которые соединяются или сплавляются для создания предмета.Процесс может быть медленным, но он позволяет создать практически любую форму.

В зависимости от принятой технологии печать может производить несколько компонентов одновременно, может использовать несколько материалов и может использовать несколько цветов.

Точность можно повысить с помощью процесса вычитания с высоким разрешением, при котором материал удаляется с напечатанного изделия большого размера. Некоторые методы включают использование растворимых материалов, которые поддерживают выступающие элементы во время изготовления.

Печать на таких материалах, как металл, может быть дорогостоящей, и в этом случае может оказаться более рентабельным напечатать форму, а затем использовать ее для создания изделия.

В строительной отрасли 3D-печать можно использовать для создания строительных компонентов или «печати» целых зданий. Строительство хорошо подходит для 3D-печати, поскольку большая часть информации, необходимой для создания предмета, будет существовать в результате процесса проектирования, а в отрасли уже имеется опыт автоматизированного производства. Недавнее появление информационного моделирования зданий (BIM), в частности, может способствовать более широкому использованию 3D-печати.

Строительство 3D-печать может обеспечить более быстрое и точное строительство сложных или индивидуальных объектов, а также снижение затрат на рабочую силу и производство меньшего количества отходов.Это также может позволить вести строительство в суровых или опасных условиях, не подходящих для человеческой рабочей силы, например, в космосе.

В 2014 году инженеры Arup использовали 3D-печать для изготовления стального узла для легкой конструкции. Саломе Гальжаард, руководитель группы Arup, сказала: «Это имеет огромное значение для снижения затрат, сокращения отходов и позволяет создавать очень сложные конструкции…»

Профессор Бехрох Хошневис из Калифорнийского университета разработал процесс «обработки контуров» с использованием бетона для производства мелкомасштабных моделей внешних и внутренних стен домов и тестирует гигантский переносной 3D-принтер, который можно использовать для создания стены дома за 24 часа. Для роботизированной системы требуется плоская заземляющая плита с подземными коммуникациями. По обеим сторонам опоры установлены рельсы, чтобы можно было использовать козловой кран, перекрывающий здание. Затем сопло, управляемое компьютером, подает слои бетона. Слои наращиваются, образуя внутреннюю и внешнюю обшивку для каждой стены, оставляя их для последующего заполнения изоляцией или бетоном.

Шанхайская фирма WinSun Decoration Design Engineering использовала большие 3D-принтеры для распыления смеси быстросохнущего цемента и переработанного сырья (ref.Би-би-си). Это позволило им построить 10 небольших демонстрационных «домов» менее чем за 24 часа. Они предположили, что каждый дом можно напечатать менее чем за 5000 долларов. Их система изготавливает блоки за пределами площадки путем укладки цементной смеси по диагонали. Затем блоки собираются на месте. Winsun считает, что в будущем эту технику можно будет использовать для строительства больших домов или даже небоскребов. В 2015 году они объявили, что напечатали и целую виллу, и пятиэтажный доходный дом. (См. Global Construction Review, 21 января 2015 г.)

Голландский проект занимается изготовлением полноразмерной типографии в течение нескольких лет, чтобы продемонстрировать потенциал новой технологии (Ref. BBC 3 May 2014).

В июле 2014 года китайская компания Qingdao Unique Products Develop Co представила самый большой в мире 3D-принтер на Всемирной конференции и выставке индустрии технологий 3D-печати в Циндао. Его первой задачей будет печать семиметрового Храма Неба. (Исх. Менеджер по строительству, 1 июля 2014 г.)

В ноябре 2014 года Skanska и Университет Лафборо подписали соглашение о разработке того, что они называют первым в мире коммерческим роботом для печати бетона. (См. Construction Enquirer, Skanska для печати 3D-изделий из бетона.)

В Испании 14 декабря 2016 года в городском парке Кастилия-Ла-Манча в Алькобендасе, Мадрид, был открыт первый в мире пешеходный мост, напечатанный на 3D-принтере (3DBRIDGE). Используемая технология 3DBUILD была разработана компанией ACCIONA, которая отвечала за структурный дизайн, разработку материалов и производство 3D-печатных элементов. Мост имеет общую длину 12 м и ширину 1,75 м и выполнен из микроармированного бетона. Архитектурный проект был выполнен Институтом передовой архитектуры Каталонии (IAAC).

3D-принтер, использованный для строительства пешеходного моста, был изготовлен компанией D-Shape. 3D-печатный мост отражает сложность природных форм и был разработан с помощью параметрического дизайна и вычислительного дизайна, что позволяет оптимизировать распределение материалов и максимизировать структурные характеристики, имея возможность размещать материал только там, где он необходим, с полной свободой форм. .Пешеходный мост Алькобендас, напечатанный на 3D-принтере, стал важной вехой для строительного сектора на международном уровне, поскольку в этом проекте впервые была применена крупномасштабная технология 3D-печати в области гражданского строительства в общественных местах.

См. также: Строительный рынок 3D-печати.

Очевидно, что все эти проекты имеют огромный потенциал. Есть вопросы о том, как строительная 3D-печать может быть интегрирована с другими компонентами здания, и как они будут включать в себя услуги и армирование, но в долгосрочной перспективе они должны производить более качественные, быстрые и, возможно, более дешевые здания.

Однако систематизированное строительство — это не то, к чему мы привыкли в Великобритании. После Второй мировой войны был кратковременный бум панельных систем для высотных жилых домов, но многие из получившихся зданий были однообразными и уродливыми, часто с проблемами конденсации. В Великобритании наблюдается возрождение интереса к панелеобразованию и сборным конструкциям, однако доля рынка остается низкой.

Все эти инновации требуют сложного оборудования, и хотя можно предусмотреть использование какой-либо упрощенной версии для производства специализированных компонентов в более промышленных масштабах, сомнительно, что это заменит кирпичи и раствор.

В рамках 2D-проекта WikiHouse разрабатывается альтернативный подход к цифровому производству зданий. WikiHouse — это не аддитивный процесс, а открытый набор информации о конструкции строительных компонентов, которую можно загрузить, изготовить и собрать с использованием местных общедоступных материалов и оборудования. Это низкотехнологичная сборка, требующая небольшой подготовки.

Плагин WikiHouse для Google SketchUp позволяет пользователям создавать файлы для резки компонентов, которые могут быть изготовлены из стандартных листовых материалов, таких как фанера, с использованием станка с числовым программным управлением (ЧПУ).Затем компоненты собираются, а соединения формируются с помощью штифтов и клиньев. Полученные рамы можно поднять и собрать вручную, а затем прикрепить облицовочные панели и установить коммуникации и окна. Утверждается, что «шасси» для одноэтажного дома можно построить за день.


3D-печать в строительстве — Проектирование зданий

3D-печать (иногда называемая аддитивным производством (AM)) — это управляемое компьютером последовательное наслоение материалов для создания трехмерных форм.Это особенно полезно для прототипирования и изготовления геометрически сложных компонентов.

Впервые он был разработан в 1980-х годах, но в то время это была сложная и дорогая операция, поэтому она мало применялась. Только с 2000 года он стал относительно простым и доступным и, таким образом, стал жизнеспособным для широкого спектра применений, включая дизайн продуктов, производство компонентов и инструментов, бытовую электронику, пластмассы, металлообработку, аэрокосмическую технику, стоматологические и медицинские приложения, а также обувь. .

Продажи машин AM, или «3D-принтеров», быстро росли, и с 2005 года использование 3D-принтеров в домашних условиях стало практичным.

Системы 3D-печати, разработанные для строительной отрасли, называются «строительными 3D-принтерами».

Цифровая 3D-модель предмета создается либо с помощью автоматизированного проектирования (САПР), либо с использованием 3D-сканера. Затем принтер считывает дизайн и накладывает последовательные слои печатного носителя (это может быть жидкость, порошок или листовой материал), которые соединяются или сплавляются для создания предмета.Процесс может быть медленным, но он позволяет создать практически любую форму.

В зависимости от принятой технологии печать может производить несколько компонентов одновременно, может использовать несколько материалов и может использовать несколько цветов.

Точность можно повысить с помощью процесса вычитания с высоким разрешением, при котором материал удаляется с напечатанного изделия большого размера. Некоторые методы включают использование растворимых материалов, которые поддерживают выступающие элементы во время изготовления.

Печать на таких материалах, как металл, может быть дорогостоящей, и в этом случае может оказаться более рентабельным напечатать форму, а затем использовать ее для создания изделия.

В строительной отрасли 3D-печать можно использовать для создания строительных компонентов или «печати» целых зданий. Строительство хорошо подходит для 3D-печати, поскольку большая часть информации, необходимой для создания предмета, будет существовать в результате процесса проектирования, а в отрасли уже имеется опыт автоматизированного производства. Недавнее появление информационного моделирования зданий (BIM), в частности, может способствовать более широкому использованию 3D-печати.

Строительство 3D-печать может обеспечить более быстрое и точное строительство сложных или индивидуальных объектов, а также снижение затрат на рабочую силу и производство меньшего количества отходов.Это также может позволить вести строительство в суровых или опасных условиях, не подходящих для человеческой рабочей силы, например, в космосе.

В 2014 году инженеры Arup использовали 3D-печать для изготовления стального узла для легкой конструкции. Саломе Гальжаард, руководитель группы Arup, сказала: «Это имеет огромное значение для снижения затрат, сокращения отходов и позволяет создавать очень сложные конструкции…»

Профессор Бехрох Хошневис из Калифорнийского университета разработал процесс «обработки контуров» с использованием бетона для производства мелкомасштабных моделей внешних и внутренних стен домов и тестирует гигантский переносной 3D-принтер, который можно использовать для создания стены дома за 24 часа. Для роботизированной системы требуется плоская заземляющая плита с подземными коммуникациями. По обеим сторонам опоры установлены рельсы, чтобы можно было использовать козловой кран, перекрывающий здание. Затем сопло, управляемое компьютером, подает слои бетона. Слои наращиваются, образуя внутреннюю и внешнюю обшивку для каждой стены, оставляя их для последующего заполнения изоляцией или бетоном.

Шанхайская фирма WinSun Decoration Design Engineering использовала большие 3D-принтеры для распыления смеси быстросохнущего цемента и переработанного сырья (ref.Би-би-си). Это позволило им построить 10 небольших демонстрационных «домов» менее чем за 24 часа. Они предположили, что каждый дом можно напечатать менее чем за 5000 долларов. Их система изготавливает блоки за пределами площадки путем укладки цементной смеси по диагонали. Затем блоки собираются на месте. Winsun считает, что в будущем эту технику можно будет использовать для строительства больших домов или даже небоскребов. В 2015 году они объявили, что напечатали и целую виллу, и пятиэтажный доходный дом. (См. Global Construction Review, 21 января 2015 г.)

Голландский проект занимается изготовлением полноразмерной типографии в течение нескольких лет, чтобы продемонстрировать потенциал новой технологии (Ref. BBC 3 May 2014).

В июле 2014 года китайская компания Qingdao Unique Products Develop Co представила самый большой в мире 3D-принтер на Всемирной конференции и выставке индустрии технологий 3D-печати в Циндао. Его первой задачей будет печать семиметрового Храма Неба. (Исх. Менеджер по строительству, 1 июля 2014 г.)

В ноябре 2014 года Skanska и Университет Лафборо подписали соглашение о разработке того, что они называют первым в мире коммерческим роботом для печати бетона. (См. Construction Enquirer, Skanska для печати 3D-изделий из бетона.)

В Испании 14 декабря 2016 года в городском парке Кастилия-Ла-Манча в Алькобендасе, Мадрид, был открыт первый в мире пешеходный мост, напечатанный на 3D-принтере (3DBRIDGE). Используемая технология 3DBUILD была разработана компанией ACCIONA, которая отвечала за структурный дизайн, разработку материалов и производство 3D-печатных элементов. Мост имеет общую длину 12 м и ширину 1,75 м и выполнен из микроармированного бетона. Архитектурный проект был выполнен Институтом передовой архитектуры Каталонии (IAAC).

3D-принтер, использованный для строительства пешеходного моста, был изготовлен компанией D-Shape. 3D-печатный мост отражает сложность природных форм и был разработан с помощью параметрического дизайна и вычислительного дизайна, что позволяет оптимизировать распределение материалов и максимизировать структурные характеристики, имея возможность размещать материал только там, где он необходим, с полной свободой форм. .Пешеходный мост Алькобендас, напечатанный на 3D-принтере, стал важной вехой для строительного сектора на международном уровне, поскольку в этом проекте впервые была применена крупномасштабная технология 3D-печати в области гражданского строительства в общественных местах.

См. также: Строительный рынок 3D-печати.

Очевидно, что все эти проекты имеют огромный потенциал. Есть вопросы о том, как строительная 3D-печать может быть интегрирована с другими компонентами здания, и как они будут включать в себя услуги и армирование, но в долгосрочной перспективе они должны производить более качественные, быстрые и, возможно, более дешевые здания.

Однако систематизированное строительство — это не то, к чему мы привыкли в Великобритании. После Второй мировой войны был кратковременный бум панельных систем для высотных жилых домов, но многие из получившихся зданий были однообразными и уродливыми, часто с проблемами конденсации. В Великобритании наблюдается возрождение интереса к панелеобразованию и сборным конструкциям, однако доля рынка остается низкой.

Все эти инновации требуют сложного оборудования, и хотя можно предусмотреть использование какой-либо упрощенной версии для производства специализированных компонентов в более промышленных масштабах, сомнительно, что это заменит кирпичи и раствор.

В рамках 2D-проекта WikiHouse разрабатывается альтернативный подход к цифровому производству зданий. WikiHouse — это не аддитивный процесс, а открытый набор информации о конструкции строительных компонентов, которую можно загрузить, изготовить и собрать с использованием местных общедоступных материалов и оборудования. Это низкотехнологичная сборка, требующая небольшой подготовки.

Плагин WikiHouse для Google SketchUp позволяет пользователям создавать файлы для резки компонентов, которые могут быть изготовлены из стандартных листовых материалов, таких как фанера, с использованием станка с числовым программным управлением (ЧПУ).Затем компоненты собираются, а соединения формируются с помощью штифтов и клиньев. Полученные рамы можно поднять и собрать вручную, а затем прикрепить облицовочные панели и установить коммуникации и окна. Утверждается, что «шасси» для одноэтажного дома можно построить за день.


3D-печать и грядущие изменения в строительной отрасли

Чикаго, Иллинойс. Удивительно, но строительная отрасль не сильно изменилась за последние 100 лет.О, в мегастроительных проектах происходят новые вещи; более крупные небоскребы, более длинные мосты и другие огромные сооружения; но не в повседневном строительстве; это в значительной степени осталось прежним. За исключением нескольких инновационных материалов и технологий, а также большей зависимости от электроинструментов, домостроение сегодня почти такое же, как и 100 лет назад.

Возможно, скоро все изменится. 3D-печать, которая раньше была областью инженерных испытательных лабораторий, может коренным образом изменить способы построения наших строительных конструкций.В последние годы 3D-принтеры ушли из инженерной лаборатории, где они были спрятаны более 20 лет, и начинают использоваться для других целей. Художники открыли для себя эту новую среду, и да, ее также рассматривают для строительства.


3D-печать преодолевает ограничения строительства

В последнее десятилетие инженерно-исследовательские группы экспериментировали с использованием 3D-печати для создания компонентов зданий и целых домов с помощью 3D-печати.Печать осуществляется с помощью того, что мы могли бы назвать «принтерами большого размера», в которых используется специальная смесь бетона и композита. Эта смесь намного гуще обычного бетона, что позволяет ей быть самонесущей при схватывании.

Это открывает совершенно новые возможности для архитекторов во всем мире. Подобно дизайну «Птичьего гнезда» в Пекине, Китай, 3D-печатные архитектурные компоненты полностью свободны от типичных дизайнерских ограничений. Возможность использовать криволинейные формы вместо того, чтобы ограничивать стоимость и процесс прямолинейными формами, открывает совершенно новую область дизайна.

Общеизвестно, что прямолинейные формы (прямоугольные формы) являются одной из самых слабых структурных форм, которые только можно себе представить. С другой стороны, скромное яйцо, имеющее полностью криволинейную форму, является одной из самых эффективных структур в природе. Минимум материала, обработанный в форме, в которой нет прямых краев, обеспечивающих простой последовательный изгиб, делает его максимально прочным структурным дизайном. 3D-печать предлагает практическую возможность использования этих кривых в обычных структурах.

Преимущества 3D-печати в строительстве

Структурные компоненты, которые изготавливаются с помощью 3D-печати, также известной как «изготовление бетона», используют меньше материала, чем те же компоненты, изготовленные с использованием обычных методов формования бетона. В то время как изогнутые бетонные конструкции, залитые в формы, являются сплошными, конструкции, изготовленные с помощью бетона, могут быть полыми, что позволяет разместить основные строительные услуги прямо внутри структурных элементов здания.

Хотя 3D-печать домов и зданий еще не готова к коммерциализации, технология была разработана до такой степени, что можно проводить полномасштабные испытания.Это потребует капитальных вложений для создания необходимого оборудования, по сути, увеличенной версии уже существующего испытательного оборудования.

В то время как волнение по поводу контурного ремесла связано с гибкостью дизайна, которую оно дает архитектору, есть еще одно большое преимущество, которое может иметь еще большее социальное влияние. Меньшее использование материалов и значительно меньшая рабочая сила делают этот метод строительства гораздо менее дорогим; даже ниже, чем современные методы строительства, используемые в странах третьего мира.Эта более низкая стоимость может лучше всего послужить человечеству в обеспечении недорогим жильем миллионов людей, которые в настоящее время живут в домах, не соответствующих стандартам.

Независимо от того, какое направление 3D-печать примет в строительстве, ясно, что она изменит строительство навсегда. Будь то создание новых эстетичных структур или предоставление недорогого жилья, здания будущего, вероятно, будут сильно отличаться от сегодняшних. Чтобы добавить к процессу изменений, информационное моделирование зданий (BIM), несомненно, повлияет на строительство.Вы можете прочитать больше здесь.

*На изображении изображена конструкция MIT Media Lab Construction

3D-печатное строительство должно созреть, прежде чем оно будет реализовано Технология 3D-печати для создания большей части нашей искусственной среды в будущем? Можно ли автоматизировать 3D-принтер для строительства сотен или даже тысяч домов? Строительство, напечатанное на 3D-принтере, предлагает большие перспективы с потенциалом снижения затрат и ускорения времени строительства.

Но для этого потребуется революция в процессах архитектурного и инженерного проектирования.

От архитектурного проекта до BIM здания, которое можно распечатать на 3D-принтере. Изображения: Чарльз Ньюман и Эмили К. Шварц

В современную эпоху архитектурного дизайна архитектор руководствуется и связан инструментами архитектурного представления. Одним из программных пакетов, который все больше определяет рабочий процесс проектирования в бюро архитектурного проектирования, является Revit, программное обеспечение Autodesk для информационного моделирования зданий (BIM).Платформа, уже широко принятая в отрасли, включает ограничения площадки, данные о материалах и архитектурные стандарты в заданные свойства для фундаментов, каркасов, гипсокартона, сайдинга и т. д. Хотя эта платформа оказалась чрезвычайно полезной при координации сложных проектов, она по-прежнему связана с допущениями обычных строительных процессов, которые ограничивают ее использование при разработке механизированного, аддитивного строительного проекта.

Единственный подходящий рабочий процесс от Revit до 3D-принтера сначала требует, чтобы дизайнер вручную удалил все посторонние элементы, перегоняя модель только из тех элементов, которые должны быть напечатаны.В Revit нет возможности экспортировать файл как сетку; он также не имеет возможности «нарезки», которая преобразует модель в разборчивые данные для 3D-принтера. Поэтому проект необходимо экспортировать из Revit в Autodesk Inventor или Fusion 360, где модель может быть преобразована в тип файла сетки (например, STL), а затем разделена на набор инструкций, понятных принтеру (G-код). .

Это процесс печати от начала до печатного продукта. Изображение: Nektor Media

Помимо обработки проектных данных, дизайнер должен также учитывать пространственные ограничения печатающего устройства, последовательность построения, а также состав материала нити и возникающие в результате этого структурные соображения.WASP, итальянская компания, занимающаяся 3D-печатью и строительством, опробовала принтер Crane с радиусом печати 4 метра и максимальной высотой 3 метра, который можно развернуть на строительной площадке и печатать формы на месте. Однако предопределенная область печати означает, что дизайнер должен учитывать сегментацию всей композиции и учитывать неизбежную разборку и повторную сборку устройства на строительной площадке. Голландские архитекторы Houben & Van Mierlo, проектировщики первого в Европе дома, напечатанного на 3D-принтере, использовали другую стратегию: печатали компоненты в контролируемой среде, а затем доставляли их на место для сборки.Тем не менее, ограничения областей печати можно увидеть через дизайн, с отдельными стенами и сегментами крыши, размер которых находится в пределах печатаемого объема системы, и они соединены отверстиями и соединениями на всю высоту.

На этом отрезке времени показано строительство дома Tecla, напечатанного на 3D-принтере. Источник: WASP

Вопросы, связанные с масштабируемостью 3D-печати, также должны распространяться на материал, используемый в системе печати. Смесь цемента и заполнителя обычно используется с меньшим водоотношением.Минимальное использование воды имеет важное значение для обеспечения последовательности аддитивной печати. С каждым проходом экструдера отдельно стоящая конструкция все больше зависит от быстрого отверждения нижних слоев. Уменьшение содержания воды в бетоне ускоряет процесс отверждения; хотя это может привести к более слабой смеси и конечному продукту. Дополнительным усложнением процесса печати является то, что в настоящее время нет возможности включить в строительные элементы дополнительную сталь или другую структурную арматуру.В то время как материалы, используемые с помощью технологии 3D-печати, начинают включать другие материалы, такие как глина, керамика и даже растительные волокна, большинство из этих материалов все еще находятся на ранних стадиях исследований и разработок и еще не прошли тщательную проверку на структурную целостность.

Технология 3D-печати описывается в строительной отрасли как средство экономии времени и денег, а также как система с точностью, позволяющей уменьшить количество ошибок, связанных с человеческим фактором. Это может быть так, но только при правильных параметрах. В то время как 3D-печать конструкции на месте может снизить общие затраты на рабочую силу, этот процесс потребует специализированных человеческих ресурсов для работы в качестве техников-роботов и инженеров по управлению технологическими процессами; позиции, которые потребуют глубокого знания как конструкции, так и программного обеспечения. Учитывая эту серьезную трансформацию, необходимую для строительных рабочих, а также конструктивные ограничения, связанные с процессом печати, 3D-печати в таком масштабе еще предстоит провести некоторые исследования, разработки и доведение до совершенства.


Об авторах

Эмили К. Шварц получает степень магистра архитектурного проектирования в Университете Колорадо в Боулдере, а также получила степень бакалавра физики в Карлтон-колледже. Г-жа Шварц работает менеджером проектов и после окончания учебы заинтересована в карьере в области устойчивого архитектурного проектирования.

Чарльз Ньюман — специалист по международному развитию с более чем 10-летним опытом работы в области архитектурного проектирования, девелопмента и управления строительством. Г-н Ньюман основал Unfrastructure Design, LLC, предоставляющую консультационные услуги некоммерческим организациям и нуждающимся сообществам.

теги : 3D CAD, 3D-моделирование, 3D-печать, доступное жилье, Инструменты архитектуры, autodesk, недорогая архитектура, устойчивая архитектура

Архитектурная 3D-печать стала проще | Индивидуальная 3D-печать

Вы не сможете добиться новаторства, если ваш клиент не продаст ваш дизайн, каким бы новаторским он ни был. Вы можете сделать так много на бумаге, когда вашему клиенту трудно понять вашу концепцию и видение.Вы можете вернуться к чертежной доске или сэкономить время и полностью пропустить чертёжную доску.

Высококачественные 3D-модели привлекают внимание к конечному продукту, а не к процессу, позволяя клиентам испытать ваше видение на себе так, как никогда не могли сделать 2D-визуализации. С физическим макетом, тщательно созданным до самых мельчайших деталей, ваши клиенты могут участвовать в процессе проверки осмысленным образом, который согласует ваше видение и сокращает количество переделок в будущем.

3D-печатные модели обогащают проекты AEC от концепции до завершения и предлагают быстрый и доступный способ получить объективное представление о ваших планах на каждом этапе пути.

Массовые модели: Нельзя отрицать важнейшую роль, которую играет создание моделей даже на самых ранних, концептуальных этапах проектирования. Распечатанные на 3D-принтере массивные модели могут сэкономить вам часы времени и позволяют легко редактировать файлы и повторно распечатывать изменения, а также дают вам время для работы над другими важными задачами.

Строительные модели: Детальные 3D-модели даже самых сложных конструкций, чтобы проверить их осуществимость и обеспечить более точное и всестороннее представление формы вашего проекта, которую ваша команда и клиенты могут проанализировать и изучить вблизи.

Типовые дома: Планы домов воплощаются в жизнь и позволяют потенциальным покупателям и градостроителям ознакомиться с отдельными единицами жилья или целой застройкой, а также предоставляют подрядчикам точное представление о результатах, которые вы ожидаете увидеть.

3D-планы этажей: Создавайте простые для понимания модели внутренних планов этажей, понятные каждому, что ускоряет внесение изменений и утверждение. Планы этажей, напечатанные на 3D-принтере, экономят ваше время и деньги, связанные с созданием моделей вручную, и в то же время создают планы, которые упрощают общение, предоставляя подробное и сложное представление вашего видения, что помогает сократить циклы проверки и избежать переделок.

Внутренние модели: Создавайте внутренние пространства с большей возможностью исследовать и экспериментировать с запретительными ограничениями обычных мер, в результате чего пространства создаются на заказ и полностью оптимизированы для нужд вашего клиента.

Архитектурные модели: 3D-печать предлагает экономичное решение для быстрого создания сложных архитектурных моделей в масштабе, которые вы можете легко редактировать, чтобы вы могли исследовать и тестировать каждый элемент дизайна, экономя при этом недели рабочего времени.

Модели трубопроводов: Маршруты трубопроводов, соединители и материалы размещены в простой для визуализации форме с помощью 3D-печатных моделей трубопроводов, что помогает инженерным группам оптимизировать каждый проект для наиболее эффективного использования пространства, обеспечивая доступ для обслуживания и избегая перекрытий. .

Масштабные модели и подарки заинтересованным сторонам: Создавайте масштабные модели одного проекта или целого города, чтобы представить любой этап вашей постройки для использования в процессе проектирования, на презентациях или торговых встречах или даже для использования в качестве подарков заинтересованным сторонам.

Несмотря на то, что 3D-печать используется уже несколько десятилетий, поверхность ее потенциала лишь слегка поцарапана. Новые приложения для технологии 3D-печати открываются быстрее, чем когда-либо прежде, и специалисты в области строительства, архитектуры и инженерии находят столь необходимую экономию бюджета и времени, поскольку они находят новые способы включения 3D-печатных моделей во все аспекты своих проектов.

Преобразование строительной отрасли с помощью 3D-печати бетона

Статья представлена ​​Технологическим университетом Суинберна, основным партнером отделения инженеров Австралии, Виктория.

Автор: Джей Санджаян, профессор и директор Центра устойчивой инфраструктуры Технологического университета Суинберна

Строительный сектор является одним из крупнейших в мировой экономике, расходы на строительство составляют около 10 триллионов долларов в год. Однако на протяжении десятилетий он страдал от чрезвычайно низкой производительности по сравнению с другими секторами.

В последние два десятилетия рост производительности труда в строительстве составлял в среднем всего 1 процент в год (и оставался неизменным в большинстве стран с развитой экономикой).В отличие от роста мировой экономики на 2,8% и роста в обрабатывающей промышленности на 3,6%, это ясно указывает на то, что строительный сектор отстает.

Текущие измерения показывают, что с конца 1960-х годов наблюдается постоянное снижение производительности в отрасли. В то время как обрабатывающая промышленность и другие отрасли добились значительного прогресса в использовании цифровых технологий, датчиков и технологий автоматизации, строительство остается в основном ручным.

Автоматизация бетонных конструкций была давней мечтой.Мечта, которую можно проследить еще в попытке Томаса Эдисона создать машину для строительства бетонного дома за одну заливку, которую он запатентовал в 1917 году. таких изобретений, как кино, лампочка и фотография. Это был хорошо задокументированный провал из-за нерешенных конкретных технологических проблем. Как многие из нас знают, бетон — это сложный материал, который кажется новичку обманчиво простым.

Однако перспектива технологии 3D-печати бетоном изменить строительную отрасль реальна и достижима.

Технологический университет Суинберна успешно провел испытания с использованием бетона (отдельно с использованием портландцемента и геополимеров) в качестве связующего в машинах для 3D-печати.

В отличие от обычного метода заливки бетона в форму, 3D-печать бетона сочетает в себе цифровые технологии и технологии материалов, что позволяет создавать конструкции произвольной формы без использования опалубки. Эта концепция включает в себя добавление материала слой за слоем, предлагая возможность создавать компоненты, которые в противном случае невозможно или слишком дорого построить.

Инженеры и архитекторы в настоящее время ограничены прямолинейными проектами из-за требований опалубочных систем. На опалубку приходится примерно 60 процентов общей стоимости бетонных конструкций, и она представляет собой значительный источник отходов, учитывая, что вся она рано или поздно выбрасывается, что способствует общему увеличению количества отходов во всем мире.

3D-печать бетона позволит производить структурные компоненты независимо от их формы.

Он может существенно изменить контроль качества в сфере автоматизации строительства, поскольку машины лучше выполняют повторяющиеся задачи с высокой точностью.

Заливка бетона в опалубку также ограничивает творческий потенциал архитекторов, позволяя строить дома с различной геометрией или платить за дорогие опалубки, сделанные на заказ.

Аддитивное строительство произвольной формы может усилить архитектурное выражение, при этом стоимость изготовления конструктивного элемента не зависит от формы, обеспечивая столь необходимую свободу от прямолинейных конструкций.

Команда Swinburne адаптировала существующую машину для 3D-печати для использования цементных материалов в сочетании с мелкими заполнителями для создания 3D-структур. Выбирая правильный гранулометрический состав и методы нанесения связующего, Суинберн продемонстрировал, как можно преодолеть различные технические препятствия.

Команда также продемонстрировала, что геополимеры, произведенные из побочных продуктов промышленности, являются устойчивой альтернативой системе портландцемента. Геополимеры также больше подходят для процесса 3D-печати и могут укреплять бетон с помощью методов постобработки.

Изображение: Модель Сиднейского оперного театра, изготовленная с использованием процесса 3D-печати бетоном, предоставлена ​​Технологическим университетом Суинберна.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.