3D-печать зданий – процесс не новый: в настоящее время эта технология достаточно широко применяется в строительстве, хотя еще и не успела превратиться из актуального тренда в мейнстрим. Какие же преимущества дает и какие вызовы предъявляет 3D-печать бетоном?
Сам метод 3D-печати существует с начала 1980-х годов, но в последнее время набирает обороты. Его используют для изготовления самых разнообразных изделий — от зубных имплантатов до деталей для самолетов. За исключением технологических нюансов, сам принцип везде один и тот же — объемный предмет создается из множества слоев. Цифровая модель разделяется на слои специальной программой — слайсером, а принтер печатает эти слои, постепенно составляя из них трехмерный объект.
Диапазон применения 3D-печати очень широк. Помимо возведения зданий непосредственно на стройплощадке можно печатать их отдельные элементы в цехе, а потом собирать их на месте. Кроме зданий, возможна печать малых архитектурных форм, декоративных элементов и многого другого – все зависит лишь от целей строительства и фантазии архитектора.
Кстати говоря, применение принтеров для печати не целых сооружений, а их составляющих в условиях производства позволяет исключить сезонность строительства, то есть печатать отдельные части зданий, выдерживая их в складских помещениях до набора прочности бетона и только затем собирая их в единое целое на строительной площадке.
Технология также обладает заметной гибкостью. При классическом монолитном строительстве бетонная смесь укладывается в форму – опалубку стен, которая чаще всего представляет собой прямые щиты. При этом для создания криволинейных или наклонных поверхностей требуется применение более сложных опалубочных систем и элементов – 3D-коробов, опорных конструкций и так далее. При печати на 3D-принтере себестоимость создания прямолинейной, криволинейной и даже наклонной стены всегда одинакова, что снимает множество ограничений при проектировании зданий.
Стоит оговориться, что пока 3D-принтеры могут создавать только фундаменты, и внешние и внутренние стены. К сожалению, на сегодняшний день пока не решена проблема печати горизонтальных элементов – плит перекрытия. В настоящее время это решается за счет элементов из сборного железобетона – обычных или филигранных плит. Другой вариант решения – классические монолитные перекрытия. Но даже с учетом этой пока еще до конца не решенной проблемы 3D-печать при возведении горизонтальных конструкций играет очень важную роль: изготавливать край плиты перекрытия на принтере проще и удобнее, чем по традиционной технологии.
3D-печать из бетона не слишком отличается от классической 3D-печати пластиком или другими материалами, но главное отличие – это размер. На обычном 3D-принтере, как правило, печатаются предметы небольшого размера, и печатающая головка при работе проходит через одну и ту же точку за достаточно короткие временные интервалы. При печати какого-либо сооружения головка может проходить достаточно большие расстояния и возвращаться на исходную точку уже не так быстро. При этом бетон как материал в силу высокой гибкости может иметь очень разные характеристики в зависимости от состава. К примеру, бетонная смесь с большим содержанием воды будет растекаться, и слой, уложенный при печати, не сможет выдержать вес последующих слоев. С другой стороны, жесткая смесь будет слишком быстро высыхать. Это делает конструкцию непрочной, поскольку связь между слоями создается тяжелее.
Поведение смеси будет зависеть также и от внешних факторов, например, от температуры или влажности воздуха. Именно поэтому от специалистов по 3D-печати требуется в первую очередь оптимальная рецептура смеси, чтобы добиться высокой производительности без снижения прочностных характеристик готового здания.
Несмотря на то, что технологию 3D-печати бетоном можно назвать еще развивающейся, уже сейчас можно говорить о ряде плюсов такой методики
- Скорость возведения. 3D-печать любого сооружения значительно быстрее по сравнению с традиционными технологиями строительства. В большинстве случаев процесс занимает всего несколько дней.
- Сокращение количества рабочих. Для 3D-печатного дома требуется значительно меньше рабочих, чем на обычных стройплощадках, так как роль главной рабочей силы играет печатное оборудование. Традиционное строительство ведется в несколько этапов и требует бригады, состоящей, как минимум, из 5-10 человек, находящихся в непрерывном рабочем движении. С 3D-принтером требуется всего несколько человек, чтобы контролировать процесс.
- Экономическая выгода. Само возведение напечатанных зданий и сооружений дешевле. Меньшее время, затраченное на стройплощадке, сокращение числа рабочихи, как следствие, снижение окончательных расходов.
- Свобода творчества. 3D-принтер дает возможность создавать сложные формы без дополнительных усилий. Например, он умеет строить замысловато изогнутые стены так же легко, как и прямые. Благодаря этому, реализовывать гибкие формы и оригинальные архитектурные идеи, а также оптимизировать внутреннее пространство становится проще.
- Эффективное использование материалов. 3D-принтеры производят меньше отходов, так как в дело идет только необходимое количество материала. Кроме того, любые остатки исходных смесей на основе бетона допустимо использовать на следующем объекте.
Конечно, разработка новых технологий всегда требует времени, но уже сегодня с уверенностью можно говорить о том, что 3D-печать бетонных конструкций будет становиться все более востребованным и распространенным явлением и со временем займет одну из ведущих ролей в строительной отрасли.