3d принтер для строительства домов как бизнес

Особенности китайского 3Д-строительства

Китайские разработчики являются первопроходцами в этом направлении строительства. Они создали технологию, согласно которой можно за сутки возвести дом. Другое дело, что строение будет бюджетным и с присущими данной категории недостатками дешевого жилья. В качестве основы для строительной массы в данном случае используется не только бетонная смесь, но и экологически чистые промышленные отходы. Такое решение обусловлено стремлением к удешевлению процесса.

Кроме того, 3 Д-строительство по китайской технологии предусматривает включение в основной состав массы стекловолокна. Это значительно повышает качество результата, поскольку облегченная композитная арматура не только выигрывает у традиционного металла по ряду прочностных показателей и массе, но и упрощает процесс монтажа. Причем в случае с принтером используется измельченное стекловолокно в самой массе, что избавляет конструкцию от недостатков, возникающих при внедрении металлической арматуры в готовые проемы.

Техника строительства

В технологическом плане данный метод схож с работой обычных принтеров для трехмерной печати. Только в традиционном варианте предполагается формирование небольших по размеру предметов из специальных масс на основе пластиков и полимеров. В случае со строительными аппаратами есть два принципиальных отличия. Во-первых, это размеры принтера. В зависимости от версии и особенностей технологического процесса он может соответствовать по габаритам и автокрану, и небольшому грузовику. Во-вторых, строительный 3Д-принтер использует в качестве рабочей массы бетонный раствор. Подача смеси осуществляется также через специальный экструдер, работающий в автоматическом режиме.

Высокая точность выполнения операций, к слову, определяется как раз четким позиционированием головки принтера. Таким образом, можно осуществлять укладку фундамента, стен, перекрытий, лестничных и других конструкций. В зависимости от модели принтера могут выполняться мелкие проемы, инженерные отверстия и коммуникационные ниши. В отдельных случаях строительный 3Д-принтер позволяет формировать специальные отверстия для дальнейшего внедрения арматурных стержней.

Лучшие 3д принтеры

Безусловным лидером рынка производителей оборудования для строительной 3d-печати является Китай. Самая известная компания — шанхайская Shanghai WinSun. Они производят знаменитый принтер WinSun. Его габариты весьма внушительны: длина 150 метров, высота — 6 метров, а ширина — 10. Его мощность позволяет за 4-5 часов изготовить шестиэтажный дом. Материал для печати — смесь цемента, стали и стекла.

Российская компания «Спецавиа» использует аппараты собственной разработки. Самый известный из них — 3d-принтер S-1160. Преимуществом модели является возможность использовать разные строительные смеси: как специальные, так и самые дешёвые. Аппарат используют для печати модулей для будущего здания и малых архитектурных форм (лавочек, скамеек, беседок). Максимальная площадь здания, построенного из модулей, изготовленных на S-1160, составляет 280 квадратных метров.

Среди европейских принтеров можно назвать нидерландский аппарат 3D ProTo R 3Dp от производителя CyBe Additive Industries. Использует специальную бетонную смесь, состав которой производители держат в секрете. Печатает детали толщиной до 3 сантиметров. Также стоит отметить европейские модели Batiprint3D (Франция), BetAbram P1- P3 (Словения).Производители из США уже запатентовали 3d-принтер, способный печатать не сборные модули, а полноценные здания. При этом он не выбрасывают никаких отходов и использует солнечную энергию.

Стоимость 3д принтера для печати домов

В настоящее время 3d-принтер, способный печатать детали для жилых домов, остаётся эксклюзивным и дорогим аппаратом. Его средняя стоимость начинается от 1 миллиона рублей. Но эта самая минимальная цена. Например, за проверенные и хорошо себя зарекомендовавшие себя отечественные аппараты «Спецавиа» придётся заплатить не менее 2 миллионов рублей.

Над развитием технологии строительной печати работают учёные по всему миру

Высокая стоимость обоснована сложностью технологического оборудования и его инновационным характером. Также стоит заметить, что на любую другую строительную технику придётся потратить не меньше, а окупаться она будет значительно дольше. Вернуть все вложения в 3d-строительство получится уже после сдачи 1-2 домов. Этот срок будет равен 3-4 месяцам.

Что же такое строительный 3D принтер

Строительный 3D принтер ни чем не отличается от обычного устройства для трехмерной печати. Разница лишь в используемых материалах, ну и конечно же, в размерах. Ведь для создания здания в натуральную величину принтер должен иметь просто огромные размеры. В этом то и заключается сложность.

Современные модели 3D принтеров размещаются на рельсах по обе стороны здания. На сегодняшний день максимальная высота печатающей головки достигает 6 метров, что равняется высоте обычного двухэтажного дома. Для транспортировки принтера необходим специальный тягач, а для установки на рельсы в месте применения потребуется кран.

Стоит отметить, что для того, чтобы построить здание при помощи строительного 3Д принтера в первую очередь необходимо подготовить площадь, залить фундамент будущего здания и разравнять окружающую местность, чтобы сам принтер стоял максимального ровно. Только после этого можно устанавливать сам принтер. Однако и после этого устройство не способно работать автономно. Для строительства все равно требуются специально обученные и опытные люди, которые будут контролировать весь процесс. Кроме этого для строительства потребуется огромное количество строительного раствора, который доставляется специальными автомобилями-бетономешалками.

Весь процесс занимает достаточно много времени, сил и финансов. Однако это все же более выгодно, чем строительство домов традиционными методами. Кроме этого весь процесс печати дома на 3Д принтере занимает значительно меньше времени, чем строительство обычным способом.

1.1. Особенности строительного 3Д принтера

Главной особенностью, которой обладает строительный 3Д принтер, является скорость выполнения поставленной задачи. Кроме этого точность и четкость выполняемых работ. Ведь принтер полностью лишен человеческого фактора, он не допускает ошибок и выполняет свои функции абсолютно точно.

Еще одна особенность заключается в том, что механизированный труд стоит гораздо дешевле, чем ручная работа нескольких бригад рабочих. Таким образом, 3Dпринтер уже сегодня способен заменить ручную работу. При этом напечатанный дом на 3Д принтере отличается высокой прочностью, точностью и надежностью, так как принтер строго выполняет установленные правила.

Вопрос цены

Одним из главных факторов, который сдерживает распространение такой техники, является стоимость. И все же в специализированных областях наблюдается немалый спрос на строительный 3Д-принтер. Цена серийного оборудования начального уровня составляет порядка 700-800 тыс. руб. За эту сумму можно рассчитывать на ограниченный функционал, которого, тем не менее, хватит на качественное выполнение бетонных покрытий, создание стен и фундаментов. Сложные технологические операции подобные устройства не потянут.
Агрегаты, которые способны возводить полностью каркасную основу домов пользуются большим распространением, но и стоят недешево. Как правило, это массивный строительный 3Д-принтер, цена которого составляет в среднем 2-3 млн. При этом надо учитывать, что и материалы в виде рабочих смесей потребуются специальные – тоже по немаленьким ценам.

Apis Cor, Америка

В прошедшем году реализован проект в Подмосковье — городе Ступино, над которыми работало шесть компаний России и штатовский стартап Apis Cor. Основал ее Никита Чен-Юн-Тай – уроженец России и разработчик данного оборудования.

Чтобы напечатать внутренние перегородки, несущие стены и ограждения, потребовались сутки. Извлекали принтер, используя кран -манипулятор. Слои наращивали, применив аддитивную технологию. В практике России этот дом впервые не собирали из напечатанных деталей, а создавали как целостную конструкцию.

Видео:

Видео: 3Д принтер строительный

Дом по форме достаточно сложный. Выбрали его таковым, чтобы можно было показать возможности инновационного устройства. К этому добавим, что строили его в наиболее холодные месяцы, когда температура опускалась ниже 30 градусов, хотя использовать смесь бетона допускается при нижнем пределе +5 по Цельсию.

Принтер, который помог реализовать проект, по конструкции напоминает небольшой башенный кран, имеющий возможность внутренней и внешней печати здания.

Обошлось отпечатанное здание «под ключ» в 593568 рублей, т.е. стоимость одного метра квадратного составила 16 тысяч рублей. И это при том, что форма сооружения сложная. При простой, например, прямоугольной конфигурации, цена могла бы быть тринадцать тысяч рублей.

Преимущества конструкции:

• Подача и смешивание автоматические;
• Быстрая настройка – до 30 минут. Не требуется готовить площадку. Мусор после приготовления на строительной площадке не остается, поскольку производство является безотходным;
• Широкий выбор конфигурации стен и их толщины
• Прослойка воздуха, образующаяся в камерах стен, позволяет лучше сохранять тепло;
• Погода не оказывает влияния на постройки благодаря специальным материалам, добавляемым в смесь;
• Ниже намного стоимость в сравнении с бетонными аналогами, изготавливаемыми по классической технологи;
• Возможность уплотнения желаемым материалом.

Технические параметры:

• свое обеспечение программное;
• обслуживается 2 работниками;
• площадь — 132 м2;
• используемый материал –геополимер или фибробетон;
• размеры – 4х1,6х1,5 метра;
• все принтера- 2000 кг;
• энергопотребление-8кВт/ч;
• высота, на которую происходит подъем, — 3100 мм;
• суточная производительность в м2 – 100;
• скорость рабочая и холостого хода в минуту– до 10 и 20 мм;
• позиционирование и повтор – соответственно ±0,5 мм и 0,1-0,2мм;
• по всем осям (X, Y, Z) — сервопривод;
• по Х и Y направляющие – профильные прецизионные;
• точность по Z – 0,1-0,2 мм;
• стабилизация горизонтальная автоматическая – инклинометр высокой точности 0.0001 градус;
• выключатели – бесконтактные по всем осям;
• пространственное расположение головки печатающей отслеживается дальномером лазерным и гироскопом;
• пространственная стабилизация – регулятор ПИД.

Технология строительства дома с помощью Зд-принтера

Использовать 3д-принтер для строительства домов пытались одновременно учёные из Великобритании, США и Китая. Основной проблемой, которая мешала печатать жилые конструкции, было отсутствие подходящего материала. Для 3d-печати вещей обычно используется пластик. Однако для строительства зданий он не подходит — это не морозостойкий и не звукопоглощающий материал.

Несколько лет назад учёные из этих стран разработали особый цементный состав. Он позволяет получать изделия любых форм: прямые, изогнутые, рельефные, выпуклые, кубические. Такой цемент сделал возможной печать деталей для настоящих домов. Сейчас в качестве материала для печати используются смеси цемента с измельчённым строительным мусором, стекловолокном, целлюлозой и полимерной фиброй.

Строительная 3d-печать состоит из следующих этапов:

1. Разработка 3d-модели будущего здания в компьютерной программе.
2. Разделение модели на слои в поперечном сечении.
3. Печать моделей на специальном принтере. Аппарат послойно наносит цементный состав, формируя объёмную деталь.
4. Застывание напечатанных деталей.

После застывания модули готовы к использованию. Здания из напечатанных частей собирают на месте строительства про принципу конструктора. Современные принтеры позволяют изготавливать любые части домов (коробки, несущие конструкции, арки, цилиндры) с заранее предусмотренными технологическими отверстиями. Это значительно упрощает сборку конструкций.

3d-принтеры послойно наносят цементный состав, в итоге получая готовый строительный модуль

Впрочем, на этом развитие технологий не останавливается. В ближайшее время в продаже появятся принтеры, позволяющие печатать не отдельные детали, а здания целиком, включая проводку и даже сантехнику. 3D-печать в сфере строительства находится на самом начальном этапе развития и ближайшее время удивит мир новыми возможностями.

Преимущества и недостатки такого строительства

Отрасль печати жилых домов очень новая и инновационная. Любой производитель является исследователем и первооткрывателем. По этой причине может быть непонятно, какие плюсы и минусы есть у отрасли. Среди преимуществ 3d-печати домов можно назвать:

1. Высокую скорость строительства.
2. Напечатанные детали прочные, морозоустойчивые, хорошо переносят воздействие влаги. Фактические они не уступают деталям из стандартных строительных материалов.
3. Принтер работает в течение 24 часов, при этом не требует контроля во время печати (только на стадии запуска).
4. Современные принтеры производят не только коробки зданий и несущие конструкции, но даже перегородки, лестницы, скамейки, беседки, башни.
5. При разработке 3d-модели на компьютере детали строения многократно оптимизируются.
6. Сборка дома из готовых модулей значительно проще традиционного строительства.
7. Существенная экономия средств и трудозатрат. Средняя стоимость напечатанного дома находится на уровне 20 000 долларов (1 300 000 рублей), что примерно в 2 раза меньше кирпичного аналога.

Недостатки:

1. Высокая стоимость оборудования. Эта слабая сторона компенсируется быстрой работой оборудования и быстрой окупаемостью.
2. Невозможность напечатать кровлю. Крыши у напечатанных домов в настоящее время выполняются из традиционных кровельных материалов.
3. Недостаточная распространённость на российском рынке. Компании, работающие в сфере 3d-печати зданий, являются первопроходцами. Свою работу они строят методом проб и ошибок. Хотя в целом положительный опыт доминирует над отрицательным.

Таким образом, преимуществ у нового способа строительства значительно больше, чем недостатков. А с учётом активного развития этой отрасли, можно с уверенностью сказать, что большинство минусов уже в ближайшее время будут ликвидированы.

В России уже есть дома, построенные с помощью 3d-принтера — в Ярославской и Московской областях

Современные технологии и производители принтеров для 3D печати домов

Технология Contour Crafting была изобретена иранцем Б. Хошневисом. В настоящее время этот ученый продолжает свои разработки под патронажем ВМС США и NASA. Большая часть его трудов пока засекречена, но основной принцип известен – он заключается в нанесении смеси с помощью экструдера. Ученый работает над задачей полностью автоматизировать процесс, включая установку арматуры.

Раз этим проектом заинтересовались в NASA, не исключено, что подобные объекты в будущем вырастут на луне и на марсе

Итальянец Энрико Дини пошёл в своих разработках другим путём: он предлагает использовать не один экструдер, а комплект из сотен сопел, который крепится к подвижному манипулятору. Работа машины напоминает струйный принтер, он напыляет смесь песка и оксидов металлов с хлоридом магния. Технология получила название D –Shape.

Скорость работы устройства намного выше аналогов, но требуется время для застывания всей конструкции

Отечественный конструктор Андрей Руденко отвез своё детище, строительный принтер «СтройБот», в США

После нескольких неудачных попыток привлечь внимание к своей работе, он наконец нашел отличный способ прорекламировать свой продукт – построил часть гостиницы для филлипинского предпринимателя. В качестве рабочей смеси он использовал геополимерный бетон

Реальный опыт производства и продаж в этой области у екатеринбургской компании «Спецавиа». Сегодня этот отечественный производитель предлагает 7 вариантов строительных принтеров разного размера и назначения.

Образец работы устройства стоит на территории самого «Спецавиа» – это копия замка Винтерфелл из Игры Престолов. В этом здании размещена охрана предприятия

Конкурент «Спецавиа» – иркутский концерн Apis Cor. Он отказался от идеи использовать портальную конструкцию и сделал упор на телескопические манипуляторы, которые свободно передвигаются на поворотной платформе. Установка очень мобильна и может перевозиться в обычном грузовике. Её уже активно используют для строительства домов на 3D принтере в России.

Самый известный производитель строительных машин – китайская компания WinSun. Хошневис обвинил китайцев в краже его технологии. Даже если это так, WinSun, в отличие от иранского ученого, уже принесло эту технологии в массы. Они заключили договоры по постройке жилья в разрушенных войной областях Ирака.

На сегодняшний день компания WinSun строит здания по новой технологии по всему миру

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.

Почему в России еще не все так строят

Несмотря на совершенствование 3Д-строительства и достижения отечественных инженеров, в России они пока не получили должного признания. К главным недостаткам подобного способа относится дороговизна оборудования, а также ограниченность в площади возводимого объекта.

Наиболее известные примеры применения аддитивных технологий ограничиваются частными домами площадью 32 и 300 м², построенными в 2016–2017 годах компаниями Apis Cor и «Спецавиа».

Альтернативы для обычного строительства

Хотя 3Д моделирование пока не может на равных соперничать с традиционными способами строительства, в некоторых областях оно представляет достаточно вескую альтернативу. Инновационный метод способствует оперативному возведению низкобюджетных малогабаритных жилых построек, пользующихся спросом в зонах стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций.

Помимо возведения зданий, 3Д принтеры открывают возможность массового выпуска гаражей, павильонов, ангаров и других объектов, где главным нюансом является не утепление, а оригинальность архитектуры и оперативная готовность к эксплуатации.

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.