Редактор GeekTimes
898,9
рейтинг
31 августа 2014 в 18:18

Вместо строительства — 3D-печать



Тем временем, в штате Миннесота «коренной американец» Андрей Руденко раздвигает границы 3D-печати, а именно: у себя на заднем дворе методом трёхмерной печати из бетона возводит модель средневекового замка на площади 3х5 метров. В процессе работы прототип бетонного принтера улучшается и обновляется.

Создавая один из самых больших объектов в области 3d-печати, изобретатель хочет прийти к надёжному способу построения реальных жилых домов, способных выдержать различные погодные условия. Андрей имеет инженерное и архитектурное образования, что позволяет ему экспериментировать и находить интересные решения на пересечении архитектуры и 3d-печати. Замок одновременно представляет собой интересную сложную задачу и прекрасную демонстрацию возможностей принтера.




Андрей: «Я интересовался подобными технологиями с подросткового возраста. Мои эксперименты начались 20 лет назад, но в то время не было подходящих компьютеров и программ. Только пару лет назад я наткнулся на проект RepRap и снова занялся своей машиной. На постройку и разработку бетонных смесей ушёл год. Дополнительным стимулом послужил природный феномен слоистого песчаника, который я видел в Аризоне во время своей поездки несколько лет назад. В идеале я хочу достичь похожего внешнего вида».




Поскольку Андрей финансировал проект из собственных средств, эти ограничения также привели к оригинальным инженерным решениям.




Андрей: «В начале моей работы спонсоры были настроены скептически, поскольку не верили, что проект зайдёт так далеко. Теперь, когда структура готова и возможности принтера очевидны, я планирую устроить аукцион по продаже первого дома. Поскольку это будет первый напечатанный дом, надеюсь это событие привлечёт много внимания».




Для печати дома требовался большой принтер, поэтому конструировать его пришлось почти с нуля. Несмотря на большую поддержку сообщества RepRap, финальная машина была сделана по оригинальному проекту. Управляется она при помощи Arduino Mega 2560 и специальных шаговых двигателей.




Андрей: «Для большого принтера пришлось искать специальные двигатели, рассчитанные на большую нагрузку. Лучше всего подошли двигатели компании “Mass Mind”.
Кроме того, они единственные правильно работали с прошивкой Marlin, и были достаточно мощны для того, чтобы сдвигать с места принтер.




Я добиваюсь естественного эффекта свободной укладки бетона без необходимости пост-обработки».
Также Андрей рассчитывает разработать портативную машину для укладки меньших размеров, чтобы её могли позволить себе небольшие строительные компании. «Окончательная цена будет позже, но пока я рассчитываю на $30000-50000, хотя всё сильно зависит от запчастей и типа модели».




Руденко рассчитывает поставлять компаниям отдельные взаимозаменяемые части принтеров, чтобы компании могли сами собирать себе машину по потребностям. «Я не могу отправить машину целиком, но я могу отправить экструдер, управляющий блок, разные важные части, чтобы люди самостоятельно могли построить свою версию машины».




Сейчас принтер кладёт примерно 50-сантиметровый слой бетона в день, хотя всё зависит от общего размера конструкции. Обычно слой получается шириной 30 мм и высотой 10 мм, хотя в принципе можно делать любые слои. «Для особых частей типа венцов я уменьшаю высоту слоя до 5 мм, и кое-где уменьшаю скорость печати».




Конечно, для таких конструкций требуются специальные материалы.
«Кладка цемента представляет собой сложную задачу – нужно долго настраивать принтер и использовать очень точные пропорции смеси. При тестировании я столкнулся со множеством проблем, (например, закупоривание экструдера), но и обнаружил, что возможности принтера превосходят первоначальные ожидания».



Также пришлось добавить арматуру в нижние и верхние части стен. Цемент был использован самый обычный. Хотя можно использовать и быстросохнущий, но это выйдет дороже и чуть менее качественно.
Руденко уверен, что эта технология позволит достичь новых высот в архитектуре и окажется одновременно более энергоэффективной, чем существующие.



«Я планирую сосредоточиться на развитии этой технологии в строительстве и построить целую международную сеть энтузиастов, с возможностью в будущем предоставлять им наборы «сделай сам» и готовые принтеры».



Пока, конечно, доступные принтеры для строительства остаются в неопределённом будущем, но изобретатель горит оптимизмом. «Хоть сейчас укладка идёт слоями 30х10 мм, но по простому нажатию кнопки доступно великое множество возможностей».



На основе полученного опыта, конструктор перестраивает принтер так, чтобы он мог печатать без перерыва 24 часа в сутки до завершения строительства.

Также планируется доработать конструкцию до возможности печати всего сразу. Башни замка были напечатаны отдельно и их было очень тяжело устанавливать на места. «Я также придумал, как печатать крышу – но пока этот материал подходит только для мест с тёплым климатом».

Следующий проект – полноразмерный настоящий жилой дом. «Я получаю очень много сообщений, это доказывает высокий интерес к данной новой технологии. Хочу быть уверенным, что на следующем проекте моя команда сможет использовать все достоинства 3d-печати
Я принимаю предложения от частных лиц и компаний, которым было бы интересно приобрести первый напечатанный дом, и которые готовы обеспечить оплату всех расходов проекта». Также конструктор принимает предложения о сотрудничестве от архитекторов, дизайнеров и программистов, интересующихся 3d-печатью.

«Я и раньше был уверен, что смогу печатать дома – а теперь у меня есть доказательство. Сейчас я работаю над прототипом, который будет небольшой частью богатого ассортимента разрабатываемых мною принтеров. Мы открываем новую эру в в строительстве. Так много ещё нужно сделать».

Вячеслав Голованов @SLY_G
карма
134,2
рейтинг 898,9
Редактор GeekTimes
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (48)

  • +2
    Основная проблема таких технологий — специально обученный человек на месте работает быстрее и качественнее. И дешевле. При печати на производстве и доставке выходит дороже, чем классическое производство блоков и панелей.
    Хотя, должен признаться, что выглядит очень интересно.
    • +34
      В начале все технологии малоэффективны и неуклюжи.
    • +3
      Это проблема не самих технологий, а начального этапа их внедрения — до задействования эффекта масштаба. На этапе прототипа стоимость решения может быть в разы или на порядки дороже отлаженного процесса со специально обученным человеком. Но затем она начинает падать и в конце концов падает еще ниже — если технология действительно представляет собой шаг вперед в скорости, себестоимости, качестве етс., а не просто концепт дизайнера, далекого от инженерии. Еще дальше наступает момент, когда специально обученных людей либо физически не хватает, либо возникают сложности в логистике или руководстве и т. д., и тогда уже старое решение налухо вытесняется на свалку истории или в узкую нишу любителей старины.

      Кроме того, нужно понимать, что это не так замена существующим методам строительства (хотя в некоторых случаях имеет перед ними неоспоримые преимущества, например, если нужно где-то быстро построить временные дома для беженцев и т. п., и существуют проблемы с логистикой готовых материалов; или же когда нужно абсолютно все выстраивать с нуля, например на Луне или Марсе), как появление новых возможностей, которые ранее были недоступны или слишком дороги. Небоскребы так печатать пока еще вряд ли получится, а вот кастомизированные малые формы, скульптуры, детские площадки и прочие объекты, для возведения которых достаточно подогнать мобильную машину на колесах и загрузить ее расходниками, — это уже значимо.
    • +1
      Да, это верно. Но над первыми создателями паровых машин тоже смеялись. И тоже сравнивали их с лошадями, которые дескать эффективнее и не требуют такую кучу дров для растопки :) Покажите мне сейчас хотя бы одного человека, который бы подверг сомнению эффективность автомобиля? Время идет и технологии развиваются. Просто раньше развитие технологии нужно было больше времени а теперь они прогрессируют гораздо быстрее. Уверен через несколько лет эта технология строительства будет востребована. Например в строительстве одно-двух-этажных домов частного сектора. Просто нужно продумать как укрепить конструкцию и утеплить ее. Укрепить стены, на мой взгляд, просто — на видео видно что можно заливать полые стены. В них потом вполне можно вставить арматуру или что-то вроде железного каркаса как в пластиковых окнах. А утеплить такой дом с помощью современных материалов вообще не проблема.
      • +2
        Мне кажется, для укрепления одно-двухэтажных домов будет достаточно делать поперечные перемычки внутри стен из того же бетона. А для утепления добавить еще одно сопло для заполнения пеной пустот. Сейчас уже есть установки пенообразователи для утепления зданий.

        Примеры:
        Заполнение пеной полости
        image

        Наружное утепление
        image
    • 0
      Да. Но в случае сложной конструкции, разработанной дизайнерами под заказ для ровно одного проекта, а не массового производства, 3d-принтер удобнее.
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    При большой высоте здания могут возникать дефекты, когда слои будут неравномерно растекаться и засыхать.
    Внешняя, да и внутренняя поверхность стен при этом требует обработки, иначе снаружи будет скапливаться влага и разводиться гниль, а внутри нельзя будет сделать нормальную отделку.
    Реальное преимущество печати домов в будущем в том, чтобы создавать конструктивно более прочные стены при использовании меньшего количества материалов, прокладывать инженерные коммуникации одновременно с «строительством» стен, а также отсутствие мусора и необходимости дополнительных работ и финальной «обработки» помещений.
    • 0
      А почему нельзя будет сделать нормальную отделку? Если стены печатать ровные — почему просто не выставить маяки и не оштукатурить? Будет то же самое что и оштукатуривание несущих бетонных стен в классическом монолитно-каркасном доме. Даже адгезия будет выше потому что стеночка вся слоистая.
  • +3
    Выглядит красиво, но практично ли это — покажет время.
    Вот навскидку: в отличие от кирпичной стены получается ведь цельнобетонная конструкция, даже без арматуры внутри. Причём сравнительно тонкостенная. Разве она не будет трескаться от перепадов температур?
    • +3
      Армирование можно заменить на фиброволокно, также добавлять пластификатор.
      • +1
        А это реально применяется в строительстве? Не подскажете где почитать?
        • +1
          Применяется.
          Стяжка цементная с фиброволокном
          Фиброволокно, пропорции фиброволокна в стяжке
          Это с разбегу выданное гуглом. Глубоко не вчитывался, могут быть неточности. Но у себя в производстве начинаем применять.
          • 0
            Погуглил немного, ваш пример и прочие говорят о применении в стяжках, т.е. несиловых конструкциях. Интересует именно замена классической арматуры в несущем железобетоне.
            • +1
              Соблаговолите: 1, 2.
              И рекомендую не забывать, что цементная стяжка все-таки силовая конструкция. Мы, при монтаже теплых полов, собираем нехилый сэндвич из железобетона.
              • +1
                Благодарствую. Я если честно не очень в строительной инженерии разбираюсь, но интересно. А какая нагрузка на стяжку? Разве сравнимо с тем же фундаментом? Навскидку разница на порядок.
                • 0
                  С фундаментом, в большинстве случаев, не сравнимо (но надо понимать, что профили зданий очень разнообразны. бывает всякое). В частности заводские и складские покрытия полов порой должны выдерживать дикие нагрузки на кв.м.
                  Я и сам не архитектор по профилю. Больше айтишник-автоматчик по профилю Отопление-Вентиляция-Кондиционирование. Но сталкиваться со строительством приходится часто.
            • 0
              Горизонтальную арматуру можно шлёпнуть вручную в свеженапечатанный слой, и спокойно печатать дальше.
              Вертикальную — вставлять в полости и потом заливать бетоном.
              Однако в большинстве случаев вертикальная арматура не нужна — мы ж не небоскребы печатаем. Вон из кирпича и газобетона строят дома и армируют только горизонтально + армопояса под перекрытиями.
    • +1
      Арматуру можно добавить в специально обученные отверстия, принтером изготавливать сложную по форме внешнюю оболочку, потом заливать внутрь бетон.
      Причем арматуру тоже может укладывать принтер.
      • –2
        специально обученные отверстия? Так и представил себе «Школа обучения отверстий»
      • +4
        Может я ошибаюсь, но для достижения эффекта, арматура должа быть намертво впаяна в бетон, а не вставлена позже в отверстия, не так ли?
        • 0
          Есть технология т.н. преднапряженного бетона, тонкостей не знаю, суть в предварительном растягивании арматуры. Потом когда бетон отвердеет арматура как пружина стягивает конструкцию.
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • +1
          Я имею ввиду что просто оставлять полости для прокладки арматуры и заливки ее бетоном — чтобы из полой конструкции получать цельную если надо,
  • 0
    А пусть этот экструдер кладёт цемент, а коптеры подносят на нужные точки кирпичи. Будет и быстрее, и прочнее =)
    • 0
      Руками будет еще очень очень долго дешевле, быстрее и надежнее.
    • +5
      img-fotki.yandex.ru/get/9796/35470658.e/0_a71a0_6579be96_orig.jpg
      Обложка журнала «Техника — молодёжи» за май 1957 года. Я уже в каком-то топике выкладывал этот скан, выкладываю ещё. Всё уже давно придумано и без коптеров) Только что-то плохо внедряется.
      • +1
        Ну он вовсе не выглядит продуманным. Строить глухую прямую стену? А проёмы для окон и дверей с балками? А углы? Да и как там кирпичи по спирали сползают, совершенно непонятно.
        • 0
          Видимо, выдолбить окна в готовой стене экономически оправданней.
          • 0
            В кирпичах? И балки туда засунуть в выдолбленные отверстия? Ровно не получится, надо будет потом заполнять чем-то, а балка — вообще несущий элемент. Нет, всё не так просто :)
        • +1
          Я думаю, если эту идею воплотить на современных технологиях — все проблемы решаемы.
          Надо оконные проёмы? Поручаем управление микроконтроллеру, который через каждые n кирпичей будет делать паузу, вырисовывая окна где надо, прям как 3D-принтер.
          Надо угол? Строим поочерёдно стены, скажем так: 5 метров в высоту одну стену, разворачиваемся на 90 градусов, 5 метров в высоту вторую стену, потом третью, четвёртую. Потом первую наращиваем до 10 м, вторую наращиваем и т.д. А можно под управлением компьютера можно ведь построить и дом с одной стеной сложной формы, скажем, в виде буквы U.

          Подача кирпичей вверх — тоже можно сделать как угодно, это технические детали.
      • +2
        Строительство дома с монолитным железобетонным каркасом не требует наружных кирпичных стен.
  • +8
    Arduino: «Мигать светодиодом. Или строить дома.»
  • 0
    Странно что не используется экструдер как для глины — когда он имеет отверстие сбоку и поворачивается там чтобы материал ложился всегда только позади пути сопла. так стены будут ровнее
    • 0
      Вот для этого, думаю, конструктор и кинул клич — всего в одиночку не продумаешь.
  • +3
    С огромными и дорогими принтерами — напечатанные дома боюсь не смогут конкурировать с классическими по цене. Тем более сейчас вполне процветает технология быстросборных домов, готовые панели для которых производят серийно (качественно, быстро и дешево) на заводах.
    Пока видится реальное применение для эксклюзивных малых архитектурных форм (беседок, сортиров) и отделочных элементов.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • 0
        Я собственно про это и говорю. Эксклюзив, дизайн. Но точно не массовое строительство. Не сейчас по крайней мере.
  • +5
    Не понимаю что он там изобретает, если китайцы уже вовсю дома печатают — www.theguardian.com/technology/video/2014/apr/29/3d-printer-builds-houses-china-video
  • +5
    А кто будет:
    — готовить фундамент, с копанием вглубь на метр-другой?
    — ставить дверные коробки, окна и двери
    — штукатурить и красить
    — электрика, тв, телефон
    — вода, газ, канализация, отопление
    — пол с подогревом, плитки в ванной и на кухне
    — сантехника и кухня
    — ещё куча всего и устрание недоделок
    А класть кирпичи — это не очень дорогая фаза, а тут ещё гигантские расходы на цемент

    • 0
      Фундамент не может быть «типовым», всегда могут быть нюансы: геодезия, климат, требования к нагрузкам. Т.е. фундамент может кардинально отличаться от проекта к проекту, при том, что остальная конструкция — «типовая».
  • +4
    А дома такие дорогие не потому что каменщик дорого берёт, а потому что земли в городах не хватает, а в России ещё и чиновнички кушать любят
  • +1
    а где же балкон для прынцессы?
    • 0
      Sorry, Mario, but…
  • 0
    Я тут обнаружил, что этой идеей увлекался ещё Эдисон. http://www.livestream.ru/news/2011/06/02/edison/, жаль, что пока это только каркас.
  • 0
    Не вижу я пока особых перспектив такой технологии.
    Для многоэтажного строительства есть технология монолитного литья. Быстро и дешево.
    Для частного малоэтажного строительства непосредственно стены занимают процентов 10 стоимости и дней 10-20 времени. Плюс огромный выбор материалов. А только доставка и установка принтера на объект обойдется в немалую сумму. Плюс его нужно будет сдавать в аренду на все время печати, что при его цене автоматически выливается в большую сумму.
    Каждый метр стены нужно обязательно армировать. Плюс дополнительно армировать проемы.
    Перекрытия принтер печатать не сможет — только стены.
    Проемы и балки тоже не выйдет напечатать. А вырезать в готовой стене, в которой уложена куча арматуры — то еще удовольствие.
    Ну и смесь для печати вряд ли будет сравнима с обычным бетоном по стоимости.
  • 0
    Самого чудо-дивайса фоток не приводится. Если гадать по соплам — то или есть два дивайса, или дивайс таскали с места на место и меняли сопла. Одно из сопел некруглое — значит, должно поворачиваться на ходу.

    «Кладка цемента представляет собой сложную задачу» — сразу видно, что переводчик(?) никогда не имел дело с кладкой.
    Кладется раствор, который представляет собой смесь цемента, песка, воды и пластификаторов-модификаторов.

    Раствор этот, выйдя из сопла должен схватываться, а до сопла — не должен. Заранее заготовить раствор на целый день работы на получится, — значит его нужно готовить непрерывно. Про дивайс для приготовления раствора статья умалчивает. Подача раствора должна осуществляться каким-нибудь специальным насосом — тут дело тоже непонятное, потому как мощные строительные явно не нужны.

  • 0
    Технологии в строительстве постоянно совершенствуются, пусть и не так быстро как в IT.
    Ведь согласитесь — есть разница между египетскими пирамидами и монолиткой в Дубае (где бетонная часть высотой под 600м).
    Сам живу в монолитном доме, где все 25 перекрытий отливались на земле, и потом домкратами поднимались на место. С массовым появлением бетононасосов перекрытия отливаются уже на месте, что проще, дешевле и быстрее. А отправившись на каких-то 100 лет назад нам будет доступна только кирпичная кладка и арочные, либо деревянные перекрытия.

    Так что и 3D принтеры наверняка найдут себе применение. Уже есть довольно компактные конструкции по типу башенного крана. Может быть их даже совместят в одно, и можно будет перекрытия класть этим же принтером, либо печатать их на месте, предварительно установив опалубку.

    Ребята молодцы, что развивают эту технологию. Даже если не приживется здесь, где есть дешевая рабочая сила, такой принтер вполне мог бы напечатать первые жилые дома на Марсе.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.