Современные строительные принтеры позволяют "напечатать" дом почти полностью - от фундамента до крыши. В статье рассмотрены конструктивные особенности печатных бетонных фундаментов, стен, перекрытий, крыш, включая печать на месте и сборку из напечатанных в цеху блоков.
При строительной 3D-печати бетоном строительный принтер накладывает «колбаски» шириной от 30 до 100 мм, высота слоя – от 10 до 40 мм.
Из этих «колбасок», наложенных друг на друга, формируется стена.
Т.к. даже 100 мм – недостаточно для стены здания/сооружения, то на 3D-принтере печатают контур стены, а внутренность заливается бетоном (при необходимости – с арматурой).
Фундамент
При использовании 3D-принтера печатают только несъемную опалубку для фундамента.
Фундамент печатается либо на месте, прямо в котловане либо собирают из заранее напечатанных в цеху элементов несъемной опалубки.
В процессе печати/сборки опалубки из напечатанных элементов внутрь устанавливают арматуру, снаружи наносят слой гидроизоляции и заливают фундамент бетоном, после чего засыпают котлован.
Фотографии, иллюстрирующие процесс – см.ниже.
Технология и фотографии печати фундамента взяты с сайта https://osnovanie.bitrix24site.ru/NBO_Nes'jomnayaBetonnayaOpalubka_02/
За рубежом редко используется печатные фундаменты, в нашей стране – наоборот, имеются случаи, когда используют принтер только для печати опалубки фундамента, а сам дом потом возводится «традиционным» способом.
Стены
Тонкие стены печатают только контуром, более толстые – внутри заполняются «змейкой», «треугольниками» или более сложными фигурами.
Как и в случае с фундаментом – стена может печататься непосредственно на месте строительства, поверх фундамента, или собираться из небольших стеновых блоков, распечатанных в цеху.
В процессе печати, при необходимости, вручную закладывают металлические связи между стенками или продольную арматуру.
Прочности напечатанных стенок обычно недостаточно, поэтому внутрь устанавливают металлическую арматуру и заливают бетоном. В случае малоэтажного строительства возможна заливка бетоном без арматуры.
Так же полости внутри стены могут использоваться для прокладки коммуникаций или заполняться утеплителем (например, заливаться пенополиуретаном).
При строительстве легких одноэтажных конструкций в теплом климате (отсутствует снеговая нагрузка на крышу) достаточно небольших «колонн» из железобетона для удержании кровли внутри стены. Остальную часть стены в таких случаях можно не заполнять, или заполнять насыпным грунтом.
Мосты при печати недопустимы, угол нависаний зависит от используемых смесей, но обычно не превышает 30 градусов.
Поэтому арки вместо оконных проемов – это из-за ограничения принтера.
При необходимости сделать дверной или оконный проем необходимо на нужной высоте в процессе печати установить деревянную «поддержку», по которой принтер будет печатать, либо установить постоянную перемычку, которая будет «запечатана» в стену.
При использовании многоосевых роботов-манипуляторов возможна печать арок за счет разнонаправленного нанесения материала.
Но иногда применяют и другой способ – печатается «глухая» стена, в которой уже после печати прорезается оконные и дверные проемы. Так же делаются проходы для ввода коммуникаций.
Так же проход коммуникаций можно осуществить через закладные элементы, которые устанавливаются сразу в процессе печати, пока бетон не затвердел.
При печати стен могут быть использованы отдельные элементы, напечатанные отдельно – козырьки, балконы, декоративные элементы.
Перекрытия
Перекрытия можно печатать только «на боку», печать перекрытий поверх стен возможна только при использовании поддержек на всю площадь дома, и поэтому практически не применяется.
В основном используются бетонные плиты перекрытий.
Прочность печатных стен часто недостаточна для выдерживания веса перекрытий, и поэтому поверх стены делается монолитный железобетонный пояс для опирания плит перекрытий и распределения веса на опорные столбы.
Крыша
Крышу невозможно напечатать непосредственно на месте строительства – крыша всегда собирается из заранее напечатанных блоков. Поверх блоков настилается гидроизоляция и ложится кровля.
Печатные крыши используются крайне редко.
При печати купольных зданий так же невозможно распечатать до конца крышу без поддержек или перемычек. При использовании перемычек или поддержек в купольном здании крышу возможно напечатать вместе со стенами.
Сборка зданий из заранее отпечатанных крупных блоков (префабов)
При этом используются заранее напечатанные блоки. При этом возможна различная ориентация при печати, что позволяет печатать блоки вместе с полом и крышей.
Здание/сооружение может быть разделено на блоки по самым различным принципам: «разрезано» на слои, напечатаны целые комнаты и фасады стен, напечатаны сложные «кубики», которые складываются по определенным правилам.
Пример киоска, собранного из префабов:
Пример сборки киоска из напечатанных префабов взят с сайта https://osnovanie.bitrix24site.ru
Еще один пример дома, собранного по такой же схеме:
Еще пример блоков:
В отдельных случаях можно напечатать небольшой «дом» целиком в цеху, «на боку»:
Скорость возведения стен
Реальная скорость возведения стен зависит от используемых смесей. При использовании «обычных» бетонов на базе цемента М-500 или пескобетона М-300 скорость возведения вертикальных стен не превышает 0,5…1м в 6-8 часов, иначе есть риск, что вес стены просто раздавит нижние слои.
При использовании специальных смесей для 3D-печати скорость может быть больше, при использовании гипсобетонных смесей – скорость возведения фактически ограничена производительностью принтера, т.к. время «схватывания» слоя составляет 30 минут.
При использовании специальных «экологически чистых» и «перспективных» материалов типа «саман», «арболит», глинистых смесей, «геополимерного бетона», шлакобетона и т.п. скорость возведения стен не превышает 30…50 см за 8…24 часа, что связано с высокой подвижностью этих смесей и долгим сроком застывания и набора первичной прочности.
Линейная скорость перемещения печатающей головки составляет 5…12 м/мин, и до 60 м/мин для самого «быстрого» принтера. Скорость экструзии – от 0,5 до 2,5 куб.м вчас ( до 5 куб.м в час для самого «быстрого» принетра).
Температура при печати даже при использовании специальных добавок не должна быть ниже «минус» 10 градусов по Цельсию, что связано с прочностью бетона. Поэтому печать при низких температурах осуществляется внутри больших тентов-палаток с обогревом. Насколько это рентабельно – сложно сказать, но опыт показывает, что в обогреваемой палатке-тенте печать дома возможна даже в морозы «Минус» 40 градусов по Цельсию.
Волнистость стен
При печати получаются волнистые стены, что связано с печатью «колбасками».
Это затрудняет и удорожает внутреннюю отделку и штукатурку.
Но волнистость стен может быть обыграна, как дизайнерское решение – колбаски могут быть не ровными, а укладываться «змейкой», что создает красивые рисунки и улучшает внешний вид «бетонной коробки»
Фотографии МАФа взято с сайта https://osnovanie.bitrix24site.ru
качестве решения слоистости можно использовать сопла с выравнивающими накладками:
Но этот вариант сильно затрудняет строительство - требуется поворот сопла на углах стен.
Вводная статья про строительную 3D-печать:
Статья про отечественные строительные 3D-принтеры:
