Тривимірний друк будинків
Будівельний 3D-друк (c3Dp) або 3D-будівельний друк (3DCP) відноситься до різних технологій, які використовують 3D-друк як основний метод для виготовлення будівель або будівельних компонентів. Альтернативні терміни для цього процесу включають «аддитивне будівництво»[1][2]. «3D-бетон» відноситься до технологій екструзії бетону, тоді як автономна роботизована будівельна система (ARCS), великомасштабне адитивне виробництво (LSAM) або будівництво вільної форми (FC) відносяться до інших підгруп[3].
У будівельному масштабі основними методами 3D-друку є екструзія (бетон/цемент, віск, піна, полімери), порошкове з’єднання (полімерне з’єднання, реактивне з’єднання, спікання) та адитивне зварювання.
На сьогоднішній день було продемонстровано низку різних підходів, які включають виготовлення будівель і будівельних компонентів на місці та за його межами з використанням промислових роботів, портальних систем і прив’язаних автономних транспортних засобів. Демонстрації будівельних технологій 3D-друку включали виготовлення житла, будівельних компонентів (облицювання та структурних панелей і колон), мостів та цивільної інфраструктури, штучних рифів, капризів і скульптур[4][5].
Роботизована цегляна кладка була розроблена та досліджена в 1950-х роках, а пов’язана з цим розробка технологій навколо автоматизованого будівництва почалася в 1960-х роках, з бетону, що перекачується, та ізоціанатної піни[6]. Розробка автоматизованого виготовлення цілих будівель з використанням методів ковзного формування та роботизованого складання компонентів, подібних до 3D-друку, була започаткована в Японії для усунення небезпек будівництва висотних будівель у 1980-х і 1990-х роках компаніями Shimizu і Hitachi[7]. Багато з цих ранніх підходів до автоматизації на місці зазнали невдачі через «бульбашку» будівництва, їхню неспроможність реагувати на нову архітектуру та проблеми подачі та підготовки матеріалів на об’єкт у забудованих районах.
У 2003 році Руперт Соар залучив фінансування та сформував конструкторську групу вільної форми в Університеті Лафборо, Велика Британія, щоб дослідити потенціал розширення існуючих технологій 3D-друку для будівельних застосувань. У 2005 році група забезпечила фінансування для будівництва великого 3D-друкарська машина масштабного будівництва, яка використовує готові компоненти (бетононасос, розпилюваний бетон, портальна система), щоб дослідити, наскільки складними можуть бути такі компоненти та реалістично відповідати вимогам будівництва.
У 2005 році Енріко Діні, Італія, запатентував технологію D-Shape, використовуючи масово масштабну техніку порошкового нанесення/склеювання на площі приблизно 6 м x 6 м x 3 метрів[8] . Незважаючи на те, що ця техніка спочатку була розроблена з системою склеювання епоксидною смолою, пізніше була адаптована для використання неорганічних сполучних агентів[9]. Цю технологію комерційно використовували для ряду проектів у будівництві та інших секторах, у тому числі для [штучних рифів][10].
У 2008 році 3D бетонний друк розпочався в Університеті Лафборо, Велика Британія, на чолі з Річардом Басуеллом та його колегами, щоб розширити попередні дослідження групи та звернути увагу на комерційні застосування, переходячи від портальної технології до промислового робота[11].
Групі Buswell вдалося ліцензувати цю роботизовану технологію компанії Skanska у 2014 році. 18 січня 2015 року компанія привернула увагу преси, представивши дві будівлі, які інтегрували компоненти, надруковані на 3D: віллу в стилі особняка та п’яти- поверхова вежа[12][13]. У травні 2016 року в Дубаї відкрилася нова офісна будівля площею 250 квадратних метрів (2700 квадратних футів), яку Дубайський музей майбутнього рекламував як першу в світі офісну будівлю, надруковану на 3D-принтері[14].
У 2017 році було оголошено про проект будівництва надрукованого на 3D-принтері хмарочоса в Об’єднаних Арабських Еміратах[14]. Конструкція Cazza допомогла б побудувати конструкцію. Наразі немає конкретних деталей, таких як висота будівель або точне місце розташування[15].
FreeFAB Wax, винайдений Джеймсом Б. Гардінером і Стівеном Янссеном із Laing O'Rourke, розробляється з березня 2013 року[16][17]. У цій техніці використовується 3D-друк будівельних масштабів для виробництва великих об’ємів спеціального воску (до 400 л/год) для виготовлення «швидкої та брудної» 3D-друкованої форми для збірного бетону, бетону, армованого скловолокном (GRC), та інших матеріалів, що розпилюються. /литі матеріали. Потім ливарну поверхню фрезерують по п’яти осях, видаляючи приблизно 5 мм воску, щоб створити високоякісну форму (з шорсткістю поверхні приблизно 20 мікрон)[18]. Після затвердіння форму подрібнюють або розплавляють, а віск фільтрують і повторно використовують, що значно зменшує кількість відходів у порівнянні зі звичайними технологіями формування. Переваги технології полягають у швидкому виготовленні прес-форм, підвищеній ефективності виробництва, скороченні робочої сили та фактичному виключенні відходів завдяки повторному використанню матеріалів для індивідуальних форм[19]. Система була вперше продемонстрована в 2014 році з використанням промислового робота[20]. Пізніше система була адаптована для інтеграції з п’ятиосьовим високошвидкісним порталом для досягнення швидких допусків фрезерування поверхні, необхідних для системи.
3D-друк дозволяє створювати унікальні споруди та їх компоненти згідно з вимогами замовників. Створення друкованих споруд більш ощадливе у використанні матеріалів і робить менше відходів. Технологія 3D-друку прискорює процес створення прототипів, що зменшує ризики змін дизайну. Майже повна автоматизація процесу будівництва суттєво знижує ризики травм для робітників[21][22].
Однак, витрати на початку будівництва зі встановленням 3D-принтера вищі, ніж за використання старіших технологій. Для ефективності будівництва потрібні стабільні погодні умови, що обмежує його час. Крім того, пристрої для 3D-друку вимагають постійного обслуговування, і їх важко транспортувати між будівельними майданчиками. Для роботи з технологією 3D-друку потрібні кваліфіковані працівники, котрих потрібно попередньо навчити. 3D-принтери не здатні ефективно працювати з усіма будівельними матеріалами, що використовуються в звичайному будівництві. До того ж часто використовують матеріали та композити з переробленої сировини, що може погіршити якість і довговічність споруди. Самі 3D-принтери не є широко доступними[21][22].
- ↑ Labonnote, Nathalie; Rønnquist, Anders; Manum, Bendik; Rüther, Petra (December 2016). Additive construction: State-of-the-art, challenges and opportunities. Automation in Construction. 72: 347—366. doi:10.1016/j.autcon.2016.08.026.
- ↑ Kreiger, Eric L.; Kreiger, Megan A.; Case, Michael P. (August 2019). Development of the construction processes for reinforced additively constructed concrete. Additive Manufacturing. 28: 39—49. doi:10.1016/j.addma.2019.02.015. S2CID 155452051.
- ↑ Sisson, Patrick (8 січня 2019). Can this startup 3D-print a home in 30 hours?. Curbed (англ.).
- ↑ World's First 3D Printed Bridge Opens in Spain. ArchDaily. 7 лютого 2017.
- ↑ France-Presse, Agence (18 жовтня 2017). World's first 3D-printed bridge opens to cyclists in Netherlands. The Guardian.
- ↑ Papanek (1971). Design for the Real World. ISBN 978-0897331531.
- ↑ Architectural Design (2008). Versatility and Vicissitude. ISBN 9780470516874.
- ↑ Patent by Dini et al., "Method and Device for Building Automatically Conglomerate Structures. Patent number US20080148683 A1" web cited 2016-07-18
- ↑ J.B.Gardiner PhD thesis [1] [Архівовано 2019-03-11 у Wayback Machine.] "Exploring the Emerging Design Territory of Construction 3D Printing, 2011 (p89) web cited 2016-07-18
- ↑ J.B.Gardiner PhD thesis [2] [Архівовано 2019-03-11 у Wayback Machine.] "Exploring the Emerging Design Territory of Construction 3D Printing, 2011" (p337) web cited 2016-07-18
- ↑ J.B.Gardiner PhD thesis [3] [Архівовано 2019-03-11 у Wayback Machine.] "Exploring the Emerging Design Territory of Construction 3D Printing, 2011 (p81) web cited 2016-07-18
- ↑ "https://3dprint.com/38144/3d-printed-apartment-building/" web cited 2016-09-14
- ↑ "https://3dprint.com/126426/3d-printed-museum-office/" web cited 2016-09-14
- ↑ а б Cazza to build world's first 3D printed skyscraper. Jochebed Menon, Construction Week Online, March 12, 2017. Retrieved July 17, 2017
- ↑ Dubai and Cazza Construction Technologies Announce Plans to Build World's First 3D Printed Skyscrape. 13 березня 2017. Claire Scott, 3D Print. March 13, 2017. Retrieved July 17, 2017
- ↑ FreeFAB Website. Процитовано 21 лютого 2017.
- ↑ "https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-04663-1_9" RobArch 2014 conference proceedings, Springer web cited September 14, 2016
- ↑ "Freefab: Development of a construction-scale robotic formwork 3D printer", Vimeo 2014. 19 червня 2014.
- ↑ "http://www.iaarc.org/publications/fulltext/ISARC2016-Paper095.pdf, ISARC 2016"
- ↑ Laing O'Rourke (9 жовтня 2014). Laing O'Rourke's FreeFAB Technology — через YouTube.
- ↑ а б Ross, Laura (16.06.2024). 3D Printing in Construction: Materials, Applications, and Advantages. Thomas Publishing Company. Процитовано 16.07.2024.
- ↑ а б Pros And Cons of Construction 3D Printing: Is It Right for Your Business?. www.softwareadvice.com (англ.). Процитовано 16 липня 2024.
