Строительный 3d принтер

Ведущие производители принтеров для 3D-печати домов

В России пока немногие компании решились освоить такую технологию строительства. Ещё меньше занимаются серийным производством такого оборудования. Всё-таки, пока это штучный товар. Однако, всё же можно назвать одну из них, которая уже прочно заняла лидирующие позиции в этой области. Это фирма СпецАвиа. Её персоналом был разработан и опробован прототип строительного 3D-печатного аппарата и осуществлена пробная печать.

Кроме того, на рынке можно встретить образцы словенской компании BetAbram. Она занялась серийным производством строительных принтеров. Сейчас в линейке компании несколько вариантов конструкций или моделей принтеров.  Их стоимость варьируется от 12 000 евро за станок до 20000 евро. Вероятно, что затраты себя оправдают.

Принтер BetAbram P1 может напечатать дом площадью в 144 квадратных метра, при относительно невысокой конструкции – около трех метров

Внешне принтер похож на обычную платформу, двигающуюся по рельсам. Они регулируются по высоте.

А как же насчет внутренних стен? Интересно, что и тут строительный 3D-принтер тоже может выручить. Просто сырье для возведения внутренних перегородок отличается.

Такие стены никак не похожи на цементные, хотя напечатаны в той же технологии

Специальный полимер на основе клея и соли, высыхая, создает ажурную конструкцию, которая про прочности не уступает цементной, однако, она значительно легче. Материал не боится влаги, его можно использовать для возведения перегородок.

Материал под названием Saltygloo (с англ. «солевой клей») был разработан компанией EmergingObjects

Виды принтеров для архитектурных работ

Используемые в строительстве принтеры представлены следующими видами:

Портальные (XYZ). Представлены рамой с подвижной головкой экструдера. Устройство подачи смеси перемещается по осям XYZ. Высокая точность экструзии обеспечивается шаговыми двигателями. Основное применение оборудование находит при печати отдельных частей зданий и возведении стен, при условии расположения портального принтера внутри строящегося здания. Если площадь объекта соответствует арке экструдера, он сразу печатается целиком.

Дельтовидные. В отличие от портальных установок, головка дельта-принтера может совершать более сложные перемещения, что выражается в создании сложных геометрических фигур. Для фиксации и движения головки используются гибкие рычаги.

Роботизированные. Представлены роботами в виде промышленных манипуляторов, которые снабжены экструдерами. Управляются с помощью компьютера. Располагаются в центре площадки, откуда рука-манипулятор доставляет смесь на требуемый участок.

D-Shape. Относятся к отдельному классу строительного 3Д-оборудования. Вместо раствора здесь используется специальный порошок, который после укладки и уплотнения подвергается пропитке связывающим веществом, подаваемым тем же экструдером.

Видео обзоры с реальной работой принтеров

Среди используемых строительных 3Д принтеров наибольшую известность приобрело оборудование китайских, американских и голландских производителей. Особенности и возможности каждого из них можно узнать из соответствующих видео обзоров.

WinSun (КНР). Лидер среди 3Д принтеров. Габариты оборудования по длине, ширине и высоте соответствуют 150Х10Х6 метров. При печати может использовать строительные отходы, представленные стеклом, сталью, цементом. Дебютировал в 2014 году при возведении десяти жилых домов. По сравнению с традиционным строительством WinSun уменьшает трудозатраты на 80%, расход материалов на 60%, а возводимые объекты обходятся вдвое дешевле. Видео:

Китайская компания Winsun напечатала первую пятиэтажку на 3D принтере

Watch this video on YouTube

Apis Cor (США/Россия). Американская компания прославилась созданием робота-манипулятора, который одинаково хорошо зарекомендовал при внутренних и наружных работах. Оборудование отличается компактностью и мобильностью, а также автоматической системой стабилизации. На установку и запуск принтера уходит не более 30 минут. Эффективен при создании сложных архитектурных форм. Видео:

ЯБ2016 Строительный 3d принтер APIS COR

Watch this video on YouTube

ProTo R 3Dp (Нидерланды). Детище голландской компании CyBe Additive Industries. Отлично справляется с созданием сложных геометрических форм. В качестве расходного материала использует оригинальный раствор CyBe MORTAR, отвердевающий за несколько минут и готовый к вторичной переработке. Выделяется высокой скоростью и экологичностью процесса. Видео:

Как работает CyBe RC 3Dp

Watch this video on YouTube

Не менее интересные проекты представлены французским принтером Batiprint3D, американским DCP и словенским BetAbram.

Причины не дающие заменить панельное строительство домов

Несмотря на ускоренное развитие 3Д строительства, ближайшее время панельные дома, как бюджетный вариант жилья, не утратят актуальности. Не слишком уступая по скорости возведения, панельное строительство независимо от погодных условий. Напечатанный дом требует установки перекрытий. Панельный сразу разделен на комнаты. Кроме этого, аддитивное оборудование по карману далеко не каждой строительной компании.

Явные недостатки любого принтера при масштабном внедрении в постройку домов

Недостатки строительных 3D обосновываются:

• высокой стоимостью;
• чувствительностью к условиям окружающей среды;
• отсутствием единых стандартов.

При возведении жилого дома с помощью 3Д моделирования, необходимо быть готовым к собственноручной прокладке коммуникаций, а также выравниванию и отделке стен.

Преимущества строительных принтеров

Строительство по новой технологии целесообразно использовать лишь в некоторых направлениях. В частности, отмечается высокое качество при укладке монолитных конструкций. Создание фундаментной основы, к примеру, заметно превосходит по скорости и эксплуатационным свойствам традиционные техники. Отдельные разработки касаются именно замены вибропрессования бетонной массы, так как автоматизация строительства в виде точного послойного формирования стяжки исключает образование воздушных пустот. По большому счету, такие принтеры повышают скорость процесса и оптимизируют логистические операции, чем и привлекают крупные компании.

Особенности технологии

Строительство домов с помощью 3D принтера стало реальностью благодаря калифорнийскому профессору Бероху Хошневису – изобретателю технологии Contour Crafting. Главным элементом инновации стал установленный на подвижной платформе экструдер, обеспечивающий послойное наращивание создаваемого объекта. Экструзия контролируется компьютером и производится согласно предварительно созданной трехмерной модели.

Процесс не нуждается в длительной и трудоемкой подготовке. Площадка расчищается и выравнивается с помощью стандартной техники, после чего на ней располагается 3D-принтер. Быстротвердеющая строительная смесь под давлением подается на головку принтера, откуда из сопла равномерно распределяется по рабочей поверхности. Строительные принтеры 3D-Shape в качестве расходного материала используют порошок, который после наслоения связывается, образуя монолитную конструкцию.

В 3D строительстве применяются вращающиеся и дельта-принтеры. Разнообразие бетонных смесей обеспечивает печать элементов различной сложности и размеров. С их помощью создаются декорации, малые архитектурные формы, здания, мосты и пр.

Мелкозернистая строительная смесь, используемая в принтерах, отличается от обыкновенного бетона. У каждой компании, осваивающей 3д строительство, расходный материал изготавливается по собственной рецептуре, которая зависит от особенностей оборудования и специфики возводимого объекта. Отдельным ноу-хау являются пластификаторы, благодаря которой увеличивается подвижность цемента, снижается содержание воды и увеличивается прочность.

Преимущества в сравнении с кирпичным и блочным строительством

По сравнению с традиционным возведением зданий 3D строительство обладает следующими преимуществами:

• На постройку дома с отделкой и коммуникациями требуется средств не больше, чем на аналогичное по площади здание из бруса без внутренних работ. При этом с развитием 3Д-технологий прослеживается тенденция к уменьшению стоимости их применения.
• При возведении 3D-печатного объекта задействовано гораздо меньше людей, чем на традиционных стройплощадках. После подготовительных работ в управлении и обслуживании техники участвуют 1–3 человека. В человеко-часах разрыв между обычным и 3д-строительством достигает 50–80%.
• При подготовленном фундаменте возведение стен по 3D-технологии занимает несколько суток. Основное время затрачивается на установку крыши, отделку и проведение коммуникаций. На сдачу в эксплуатацию быстровозводимых каркасно-щитовых домов уходит не менее месяца.
• Строительный мусор и загромождение окружающей территории – проблема любой стройплощадки. При работе 3д принтера отходы сводятся к минимуму, а некоторые из них после переработки вновь пускаются в дело.
• Благодаря технологии сокращаются затраты на возведение объектов с уникальной архитектурой. При этом сложность создаваемых геометрических форм не отражается на скорости процесса.

Достоинства стройки по объемной технологии относительно стандартному процессу представлены в таблице №1.

Таб. №1

Возведение домов с помощью 3D принтера более целесообразно из экономических соображений. При строительстве отпадает надобность в некоторых материалах и процессах, уменьшаются затраты на логистику и пр.

Чем заменить строительный 3d принтер, какую использовать бетонную смесь, советы самоделкиным

В последнее время в средствах массовой информации все чаще можно встретить сведения о новых устройствах:  3d принтер и строительный 3d принтер. На небольших принтерах, стоимость которых начинается от 13 т.р., можно распечатать (изготовить) пластмассовое изделие размером 150/150/80 мм. При изготовлении изделия размером 200/200/180 мм потребуется принтер стоимостью уже 30 т.р.

Конечно было бы очень интересно на нем поработать и распечатать несколько декоративных фигурок для сада. Но их стоимость (даже уникальных) будет не сопоставима с теми, которые есть в продаже, причем значительно большими по размеру. В связи с высокой стоимостью такие принтеры сегодня у широких масс не пользуются большим спросом.

В основном их покупают и используют небольшие фирмы, изготавливающие на заказ пластмассовые детали или макеты.

Для работ в саду и изготовления малых архитектурных форм интереснее было применить строительный 3d принтер, у которого в качестве чернил используется пластичная бетонная смесь.

Что такое 3D принтер и для чего его используют

Современные строительные технологии – очень востребованный товар, специалистов в этом деле принимают с распростёртыми объятиями, переманивая у конкурентов. Гонка почти космическая – кто первым выложит на рынок инновацию, тот и получит супервыгоду. Неудивительно, что трудолюбивые китайцы уже не просто изобрели, но и стали чуть ли не массово выпускать строительные принтеры. Они продемонстрировали миру, как всего один агрегат за 30 дней построил целый поселок. Не отстают от них и другие страны, отечественные производители тоже включились в этот бизнес и пока на их стороне очевидная выгода – устройство строительного принтера довольно габаритное.

Гораздо проще заказать трехмерный станок в России, чем везти из-за рубежа с немалыми транспортными и таможенными расходами

Итак, что такое 3D принтер и как он работает? Главная задача механизма состоит в последовательной послойной подаче строительной смеси на площадку. Программное обеспечение руководит сервоприводом, заставляя его оставлять места для оконных и дверных проемов, прокладки коммуникаций. Материалом строительства является обычный пескобетон, а также смеси на основе гипса, фиброволокна и геополимеров.

Работа устройства требует предварительной подготовки площадки и проекта здания.

Все особенности строительства вносятся в управляющую программу, в ходе работ оператор следит за процессом и вносит необходимые коррективы

От обычной печати 3D принтером строительный отличается, разве что, габаритами и используемым сырьём. Раствор подается с помощью автоматического экструдера. Благодаря компьютерному управлению, движения головки принтера имеют отклонения, разве что, в пару миллиметров.

Общий технологический процесс

В целом процесс повторяет традиционное строительство. Работы также начинаются с разработки общей концепции здания, составления проектного решения и подбора материалов. Начальные этапы строительства могут предусматривать также использование компьютерного моделирования – в любом случае непосредственные монтажные мероприятия будут задействовать мощности вычислительных машин.

Далее формируется бетонная смесь, на основе которой будут выкладываться стены. Собственно, первые модели строительных принтеров могли выполнять лишь односложные задачи по укладке стеновых конструкций. В современных аппаратах предусматривается не только возможность устраивать различные по конфигурации сооружения, но также дополнять этапы строительства изоляционными и облицовочными работами. Конечно, о сооружении полноценных завершенных объектов речь пока не идет, однако, производители оборудования стремятся к идее строительства, не предполагающего постобработку.

Лучшие 3D-принтеры для дома: рейтинг 2020

В нашей подборке «3d принтеры 2020 лучший выбор» представлены 6 лучших 3D-принтеров для домашнего использования в творчестве и для создания необходимых деталей. В ней мы собрали бюджетные модели и аппараты подороже с дополнительным оснащением и функциями.

Принтер XYZprinting Da Vinci miniMaker интересен, прежде всего, тем, что продается в собранном виде и имеет относительно компактные размеры. Габариты 550x390x470 мм вполне приемлемые даже для небольших комнат, хотя многие пользователи предпочитают на время длительной печати устанавливать устройство на кухне. Любой принтер издает характерные жужжащие звуки в процессе работы, а сама печать может длиться многие часы.

Вес устройства составляет около 11 кг, что позволяет без проблем переносить его с места на место. Все нагревающиеся поверхности скрыты, а значит никто случайно не обожжётся и не помешает работе принтера. Ширина рабочего пространства ограничена 150 мм, что немного, но для начинающих вполне достаточно. Тем более, что габаритные детали требуют тщательной подготовки, особого пластика и выверенного метода печати, чтобы избежать коробления конструкции детали и ее отслоения. Из минусов конструкции стоит отметить стол без подогрева, который, впрочем, можно самостоятельно заменить на подогреваемый.

2. Creality 3D Ender-3X

Модель Creality 3D Ender-3X. По стоимости она ощутимо дешевле da Vinchi – всего около 13000 рублей. Еще одним достоинством будет низкая шумность работы. Эта модель приходит в разобранном виде. Сборка не доставит хлопот тем, кто знаком с техникой. На прилагаемой флешке имеется видео-инструкция, в которой процесс сборки показан наглядно.

В комплекте идет небольшой моток пластика, которого может не хватит даже на тестовый образец. Поэтому сразу стоит подумать о расходных материалах.

3. Anet A8 Desktop

Этот принтер имеет лучшее соотношение цена/качество, в связи с чем пользуется высокой популярностью у домашних энтузиастов и просто школьников, благо область печати достаточно большая — 220х240 мм. Принтер оснащен с автоматически калибруемой акриловой рамой и одной печатающей головкой. Выполнять печать можно с точностью до 0,1 мм. Удобно, что устройство имеет подогреваемый стол, что расширяет возможности использования различных высокотемпературных пластиков.

К применению рекомендованы ABS, Nylon, PLA, Wood, PP. Принтер поставляется в разобранном виде, поэтому вам придется потратить время на изучение инструкции по сборке и калибровке устройства. Конструкция предусматривает различные улучшения и расширения. К нему есть в наличии широкий спектр оригинальных запасных деталей и их аналогов. Он неприхотлив в эксплуатации и обслуживании. Акриловая рама имеет не высокую жесткость, что следует учесть при печати деталей для сложной сборки. Для бытовых потребностей принтер обеспечивает широкие возможности.

Принтер легко собирается и настраивается, а главное работает сразу «из коробки». Удобно, что есть возможность установить дополнительную печатающую головку и печатать разноцветные изделия.

5. Anycubic 4Max Pro

Главным отличием данного принтера является его закрытая конструкция, что позволяет обеспечивать постоянный температурный режим в области печати. Жесткая рама и отличная сбалансированная система перемещения головки печати дает отличные результаты в точности создаваемых деталей. Вместе с тем, размеры рабочей зоны здесь невелики — 205х205 мм. Примечательно, что подогреваемый рабочий стол и максимальная температура экструдера 260°C дает возможность использовать высокотемпературые пластики, срок службы которых гораздо дольше обычных.

Точность печати в данном аппарате также на высоте — 0.0125 мм, а это значит возможность создания мелких деталей на очень высоком уровне качества поверхности. Но и скорость печати при этом существенно падает.

Этот 3D-принтер уже относится к профессиональной категории, но все же для домашнего использования. Он имеет закрытый со всех сторон корпус, что значительно повышает качество печати ABS пластиком. Направляющие стержни большого диаметра, наличие обдува, а также двух экструдеров, модернизированная система калибровки стола и надежное программное обеспечение — все это обеспечит бесперебойную работу устройства в ежедневном режиме.

Рабочая область достаточно большая — 227×148 мм, но все же не позволяющая создавать объемные детали. Да и минимальный диаметр сопла здесь всего лишь до 0,4 мм, что не позволит обеспечить идеально гладкую поверхность модели.

Голландская технология

Голландские инженеры осваивают несколько другие направлений продвижения концепции строительного принтера. Они ориентируются не на укладку смесей как таковую, а на изготовление стройматериалов и конструкций. Довольно успешным стало производство керамического кирпича, который выпускается через экструдер из массы шлакоблока.

Низкая стоимость сырья и минимальные затраты на само изготовление материала делает эту технологию финансово оправданной. Но и процесс сооружения домов не остался без внимания. Дело в том, что 3D-принтер для строительства домов выпускает блоки с конической формой, которая избавляет рабочих от необходимости использовать связующие смеси. Также некоторые компании осваивают каркасное возведение зданий. В этом случае принтер печатает полноценные монтажные панели, из которых в дальнейшем формируются домкомплекты.

Цементные смеси для 3d принтера

Во многих странах, в том числе и у нас, разработаны и продаются аналогичные смеси. Обычно они запатентованы и имеют свои торговые названия. Так, например, в Нидерландах она называется CyBe MORTAR. Бетонная смесь застывает в течение нескольких минут. Материал экологически чистый и полностью подлежит вторичной переработке.

А нашим самоделкиным остается пока одно – подумать, как можно научиться применить для своих садовых работ по изготовлению декора, используя принцип работы 3d принтера с бетонными чернилами.

Как видно из предыдущих фотографий строительный объект создается слой за слоем и движение 3d принтера напоминает движение клеевого пистолета при выдавливании на поверхность клея или герметика.

Нагревание бетонной смеси

Такой способ называется экструдивным. Небольшой 3d принтер, который использует пластик, имеет в своей головке еще и нагреватель. Он размягчает (расплавляет) твердый пластиковый стержень, подаваемый на печатающую головку принтера. Далее на поверхности изготавливаемой детали он прилипает к предыдущему слою и застывает. И так слой за слоем.

Нагревание можно использовать и при выдавливании бетонной смеси или нагревать током выдавленный бетон, в состав которого входит токопроводящий графитовый порошок. Это позволяет сократить время застывания (схватывания), но при этом снижаются характеристики прочности бетона. При температуре ниже 10 гр.С увеличивается время схватывания и стекание смеси с поверхности.

Но обычно используют добавки, ускоряющие твердение бетона. В продаже их огромное количество, но надо выбирать те, которые используются для торкрет-бетона. Это позволит избежать стекание нанесенного слоя, так как застывание бетона происходит за несколько минут. Качественные и безопасные ускорители твердения получают на основе бесщелочных неорганических соединений – сульфатов и гидроксидов алюминия.

Из импортных можно назвать такие, как MEYCOSA, Delvo Grete (BASF), Sigunit (Sika), Mapequick (Mapei), MCBauchemie,

из отечественных – Реламикс Торкрет (Полипласт), Центрамент Рапид 640 и 650 (Эм-Си Баухеми), Т-Хим (Химмодификатор). Диапазон использования добавки – 2-8% от веса цемента.

Также можно вместо обычного портландцемента  применить глиноземистый цемент, который даже без добавок значительно быстрее застывает и позволяет получить более прочную конструкцию. При этом он значительно дороже: 1 кг стоит от 20 до 35 руб.

Про ускорители твердения бетона уже упоминалось в статьях по изготовлению ваз для цветов и фонтана (см. тут и тут). Но при этом такая высокая скорость застывания бетона была не нужна, поэтому и использовался обычный недорогой ускоритель.

Образцы

Видео макета филипинского дома:

Видео: 3Д принтер строительный

Андрей планирует напечатать замок Дракулы, который в действительности не жил в замке Бран (Румыния). Если деньги на проект собрать удастся, то в Американском штате Вашингтоне появится его крупномасштабная реплика.

Над печатью другого здания — башни Винтерфелла в два этажа из знаменитой «Игры престолов» занимаются с прошлого года специалисты цементного завода в Екатеринбурге. Их принтер способен создавать постройки 8х8х4 метра. Предлагает экологичные модульные жилые дома, также напечатанные с помощью принтера, и компания PassivDom из Украины.

Для создания построек «под ключ» требуется всего восемь часов, а стоят они 32 тысячи долларов. Понятно, что такие устройства могут кардинальным образом изменить строительную отрасль, снизив себестоимость, ускорив процесс сооружения и обеспечив высокую устойчивость сейсмическую.

Остается надеяться, что в недалеком будущем эта технология обеспечит доступным жильем всех нуждающихся.

Недостатки строительных принтеров

Даже в современных исполнениях строительное печатающее оборудование не способно обеспечивать полный цикл монтажных и ремонтных операций. Несмотря на желание производителей и технологов приближать реальность исключения необходимости постстроительства, эта идея пока еще очень далека. Кроме того, практика показывает, что и в нынешнем виде технология (строительство домов путем 3Д-печати) проигрывает квалифицированному ручному труду. Выполнение стяжки не менее качественно производит опытная бригада строителей. Относится это и к традиционной кладке стен. Впрочем, по скорости выполнения операций и точности все же выигрывает принтер.

Отличительные особенности

Будьте уверены, что современный 3d принтер строит дом очень быстро и за короткий промежуток времени справляется с поставленной задачей. К счастью, это далеко не единственная его особенность. Опытные специалисты утверждают, что представленное оборудование набирает огромную популярность за счет других немаловажных преимуществ, список которых приводится далее:

1. невероятная точность выполнения необходимых строительных работ достигается за счет четкого позиционирования головки принтера — это отлаженное оборудование, которое не совершает ошибок, в отличие от обычного человека; это выполняется в том случае, если 3d принтер для строительства домов будет правильно установлен на ровную поверхность;
2. денежные затраты, отводимые на механический труд существенно снижаются — такая техника позволяет значительно облегчить ручную работу или полностью ее заменить; при этом, можно не бояться за итоговый результат, потому что он всегда будет на высшем уровне;
3. каждый дом построенный 3d принтером отличается по-настоящему крепкой и надежной конструкцией, он не развалится через несколько недель или месяцев после окончания строительного процесса — это означает, что вопрос безопасности людей, которые будут находиться внутри стен этого умного дома, окажется под тщательным контролем;
4. строительный 3d принтер для строительства домов настолько популярен в нашей стране, что сейчас активно разрабатываются новые модели с расширенным функциональным рядом;
5. 3d принтер печатает дом, используя специальную рабочую массу в виде бетонного или цементного раствора, подача которого выполняется посредством специального экструдера, функционирующего автоматически;
6. некоторые модели способны выполнять качественную прокладку нужных коммуникаций — трубопровод, электропроводку или газовую развязку.

Качественная печать дома на 3d принтере осуществляется с выполнением ряда других немаловажных задач, например, возведение фундамента, крепких стен, заделывание проемов. Самое главное — изначально определиться с поставленной задачей и запустить оборудование, которое все сделает автоматически.

Непростое строительное дело постоянно совершенствуется за счет разработки набирающих популярность технологий и методов для эффективной работы. Любой дом на 3d принтере в России ничем не уступает другим сооружениям, которые ранее возводились на основе всем известных строительных технологий. Если вам хочется заполучить дом напечатанный на 3d принтере, то нужно обращаться за помощью к специалистам, потому что нет никакого смысла самостоятельно приобретать такую дорогостоящую технику.

Заключение

При всех недостатках специалисты отмечают перспективность данного направления строительных технологий. На этом этапе еще рано говорить об экономической целесообразности внедрения подобных разработок на рынок с расчетом на коммерческий успех. И дело не только в том, что строительный 3Д-принтер дорого стоит, и свои лучшие качества проявляет лишь в отдельных работах. Как правило, возможности такого оборудования оказываются неконкурентными при сравнении с традиционной ручной силой. Единственное очевидное преимущество, оправдывающее использование такой техники, заключается в высокой скорости строительства. Но, опять же, эта сфера развивается всего несколько лет, и не исключено, что уже в скором будущем разработчики сделают новый шаг в продвижении строительной печати.