Статья представляет обзор развития и применения 3D-бетона в современном строительстве. В статье также рассматриваются преимущества и перспективы применения 3D-бетона.
Преимущества включают быструю и эффективную конструкцию, гибкость в дизайне и уникальные возможности для создания индивидуальных и специализированных элементов.
Кроме того, статья освещает вызовы и ограничения, связанные с применением 3D-бетона, такие как ограничения размеров и сложность материала.
Ключевые слова: 3D-бетон, преимущества, недостатки, технология.
3D-бетон — это инновационный строительный материал, который позволяет создавать сложные и высокофункциональные конструкции с помощью трехмерной печати.
Технология 3D-печати бетона является современным подходом к строительству, который позволяет создавать сложные конструкции и элементы из бетона с помощью специализированных 3D-принтеров. Вместо традиционного метода строительства с применением опалубки и ручного заливания бетона, 3D-печать бетона использует роботизированные системы, оснащенные экструдерами для нанесения слоев бетона.
Преимущества 3D-печати бетона в строительстве:
Сокращение времени и затрат. 3D-печать бетона может существенно сократить время строительства и уменьшить затраты на трудовые ресурсы, так как процесс автоматизирован и не требует большого количества рабочих.
Гибкость в дизайне и архитектуре. Технология позволяет создавать сложные и инновационные формы, которые традиционные методы строительства могут ограничивать. Это открывает новые возможности для архитектурного дизайна.
Усиленная конструкция. 3D-печать бетона позволяет создавать структуры с высокой прочностью и точностью, благодаря строго контролируемому процессу печати и использованию подходящих материалов.
Улучшенная энергоэффективность. Технология 3D-печати бетона может использовать оптимальные формы и геометрию, что способствует экономии энергии на отопление и охлаждение зданий.
Однако, несмотря на многообещающий потенциал, 3D-печать бетона все еще находится на стадии развития и не является широко распространенной методологией в строительстве. В дополнение к этому, существуют технические и регуляторные вызовы, связанные с качеством и стандартизацией материалов, а также с адаптацией нормативных норм и правил для 3D-печати бетона. Также могут возникать технические трудности, связанные с качеством печатаемых объектов, контролем качества материалов и стойкостью создаваемых конструкций к внешним воздействиям.
На данный момент перспективными направлениями является возведение малоэтажных зданий, а также создание малых архитектурных форм (МАФ). Преимущества 3D-печати бетоном для создания МАФ включают быстрое и точное изготовление, возможность создания сложных геометрических форм, экономию материалов и возможность индивидуального заказа. Однако, стоит отметить, что для успешной реализации проекта требуется опыт и знания в области 3D-печати бетоном, а также доступ к специализированному оборудованию.
Процесс 3D-печати бетоном обычно включает в себя следующие шаги:
Создание модели: Сначала необходимо создать трехмерную модель объекта, который вы хотите распечатать. Это можно сделать с помощью специализированных программных инструментов для моделирования или с помощью сканирования существующего объекта.
Подготовка модели: Затем модель обрабатывается и подготавливается для печати. Это включает выполнение операций, таких как масштабирование, разделение объекта на слои и добавление опорных структур для поддержки печатаемых элементов.
Настройка принтера: Однажды подготовленная модель передается в 3D-принтер, который оснащен специальной головкой для работы с бетоном. Важно правильно настроить принтер, чтобы достичь требуемого качества и точности печати.
Печать: Процесс печати бетона основан на нанесении слоями материала на платформу. Принтер перемещается вдоль предварительно определенного пути, откладывая бетонный материал в слое за слоем, пока не будет создан весь объект.
Постобработка: После завершения печати объекта требуется постобработка, чтобы удалить опорные структуры, исправить потенциальные дефекты печати и придать объекту желаемый внешний вид. Также могут быть проведены дополнительные работы, такие как нанесение защитных покрытий или отделка поверхности.
Основные проблемы 3D-печати:
Ограниченные возможности материалов: В настоящее время большинство 3D-печатных строительных процессов используют цементно-подобные материалы. Эти материалы могут быть довольно прочными, но ограничены своей способностью адаптироваться к различным строительным задачам. Пока не было разработано достаточное количество универсальных строительных материалов, применение 3D-печати ограничено в строительной отрасли.
Сложности в масштабировании: Хотя 3D-печать позволяет эффективно строить небольшие объекты, масштабирование процесса на более крупные строения является сложной задачей. Существуют ограничения в размере печатного оборудования, а также сложности в управлении большими объемами материала и координации работы различных печатных роботов.
Проектирование и сертификация: Стандарты и нормативы в строительной отрасли предъявляют строгие требования к качеству и безопасности строительства. Внедрение новых технологий, включая 3D-печать, требует доработки и модификации существующих нормативов и подходов к проектированию. Также необходимо пройти процедуру сертификации, чтобы обеспечить соответствие 3D-печатных строительных конструкций требованиям безопасности и прочности.
Стоимость: В настоящее время 3D-печать в строительстве обычно требует значительных инвестиций в специальное оборудование, обучение персонала и исследования. Это создает значительные барьеры для широкого применения технологии в строительной отрасли.
Вывод:
Несмотря на эти проблемы, 3D-печать в строительстве имеет потенциал для существенного изменения способа, которым мы строим здания и инфраструктуру. С развитием технологий и дальнейшим исследованиями можно ожидать преодоления многих из этих проблем и расширение области применения 3D-печати в строительстве.
Литература:
1. 3D printable concrete without chemical admixtures: Fresh and hardened properties Vaibhav Vinod Ingle, Senthil Kumar Kaliyavaradhan, P. S. Ambily, Deepadharshan Shekar First published: 18 September 2023 https://doi.org/10.1002/suco.202300267
2. Применение 3d-печати в строительстве и перспективы ее развития © Д. А. Лунева, Е. О. Кожевникова, С. В. Калошина Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия -2017
3. 3D-печать в строительстве Н. И. Ватин 1, Л. И. Чумадова 2, И. С. Гончаров 3, В. В. Зыкова 4*, А. Н. Карпеня 5, А. А. Ким 6, E. A. Финашенков 7 1–7Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 195251, Россия, г. СанктПетербург, Политехническая ул., 29.
4. A discrete lattice model for assessment of buildability performance of 3D-printed concrete Ze Chang, Yading Xu, Yu Chen, Yidong Gan, Erik Schlangen, Branko Šavija First published: 05 May 2021
5. Current challenges and future potential of 3D concrete printing Aktuelle Herausforderungen und Zukunftspotenziale des 3D-Druckens bei Beton B. Panda, Y. W. D. Tay, S. C. Paul, M. J. Tan First published: 30 May 2018
6. 3D Printing in Concrete: General Considerations and Technologies Arnaud Perrot, Sofiane Amziane Book Editor(s):Arnaud Perrot First published: 08 April 2019
