Строительная 3D-печать (c3Dp) или строительная 3D-печать (3DCP) относится к различным технологиям, которые используют 3D-печать в качестве основного метода изготовления зданий или строительных компонентов. Альтернативные термины для этого процесса включают «аддитивное строительство». «3D-бетон» относится к технологиям экструзии бетона, тогда как автономная роботизированная строительная система (ARCS), крупномасштабное аддитивное производство (LSAM) и строительство свободной формы (FC) относятся к другим подгруппам.
В строительном масштабе основными методами 3D-печати являются экструзия (бетон/цемент, воск, пена, полимеры), порошковая склейка (полимерная связка, реактивная связка, спекание) и аддитивная сварка.
На сегодняшний день был продемонстрирован ряд различных подходов, которые включают изготовление зданий и строительных компонентов на месте и за его пределами с использованием промышленных роботов, портальных систем и привязанных автономных транспортных средств. Демонстрация строительных технологий 3D-печати включала изготовление домов, строительных компонентов (облицовки, структурных панелей и колонн), мостов и гражданской инфраструктуры, искусственных рифов, безумств и скульптур.
3D-печать бетона действительно является многообещающей технологией, которая потенциально может произвести революцию в строительстве зданий и сооружений, придав им новые и сложные формы, экономя время, материалы, рабочую силу и затраты, а также повышая устойчивость и воздействие строительства на окружающую среду. Однако эта технология сталкивается с различными препятствиями и проблемами, такими как выбор и проектирование смесей материалов, качество и контроль процесса, структурная целостность и долговечность 3D-печатных структур, а также отраслевое регулирование и стандартизация.
В 1939 году Уильям Уршель создал первое в мире бетонное здание, напечатанное на 3D-принтере, в Вальпараисо, штат Индиана. Видео машины, которую он построил, использовал и запатентовал для этого, доступно на YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=Dl9rhG5BPrM.
Роботизированная кирпичная кладка была концептуализирована в 1950-х годах, а связанная с этим разработка технологий вокруг автоматизированного строительства началась в 1960-х годах с перекачиваемым бетоном и изоцианатными пенами. Разработка автоматизированного изготовления целых зданий с использованием методов скользящей формовки и роботизированной сборки компонентов, родственной 3D-печати, была впервые предпринята в Японии для решения проблем, связанных со строительством высотных зданий, компаниями Shimizu и Hitachi в 1980-х и 1990-х годах. Многие из этих ранних подходов к автоматизации на месте потерпели неудачу из-за строительного «пузыря», их неспособности реагировать на новые архитектуры и проблем с подачей и подготовкой материалов к месту строительства в застроенных районах.
Первые разработки и исследования в области строительной 3D-печати ведутся с 1995 года. Были изобретены два метода: один Джозефом Пенья, который был сосредоточен на методе формования песка / цемента, в котором использовался пар для выборочного соединения материала в слоях или твердых частях, хотя этот метод никогда не демонстрировался.
Вторая техника, Contour Crafting Берока Хошневиса, изначально начиналась как новый метод экструзии и формования керамики в качестве альтернативы появляющимся технологиям 3D-печати из полимеров и металлов и была запатентована в 1995 году. Хошневис понял, что эта техника может превзойти те методы, в которых «Существующие методы ограничены изготовлением деталей, размеры которых обычно составляют менее одного метра в каждом измерении». Примерно в 2000 году команда Хошневиса в USC Vertibi начала заниматься 3D-печатью цементных и керамических паст в строительном масштабе, включая и исследуя автоматизированную интеграцию модульного армирования, встроенной сантехники и электрооборудования в рамках одного непрерывного процесса сборки. На сегодняшний день эта технология была протестирована только в лабораторных масштабах и вызвала споры и предположительно легла в основу недавних усилий в Китае.
В 2003 году Руперт Соар получил финансирование и сформировал группу по строительству свободной формы в Университете Лафборо, Великобритания, чтобы изучить потенциал расширения существующих технологий 3D-печати для строительных применений. В 2005 году группа получила финансирование на создание крупномасштабной строительной 3D-печатной машины с использованием готовых компонентов (бетононасос, набрызг-бетон, портальная система), чтобы изучить, насколько сложными могут быть такие компоненты и реально удовлетворить требования строительства.
В 2005 году Энрико Дини, Италия, запатентовал технологию D-Shape, в которой используется крупномасштабная технология струйной струйной обработки/склеивания на площади примерно 6 х 6 х 3 м. Этот метод, первоначально разработанный для системы склеивания эпоксидной смолы, позже был адаптирован для использования неорганических связующих веществ. Эта технология использовалась в коммерческих целях для ряда проектов в строительстве и других секторах, в том числе для [искусственных рифов].
В 2008 году 3D-печать бетона началась в Университете Лафборо, Великобритания, под руководством Ричарда Басуэлла и его коллег, чтобы расширить предварительные исследования группы и рассмотреть коммерческие приложения, переходя от портальной технологии к промышленному роботу.
Группе Басуэлла удалось лицензировать эту роботизированную технологию компании Skanska в 2014 году. 18 января 2015 года компания привлекла внимание прессы, представив два здания, в которых были интегрированы компоненты, напечатанные на 3D-принтере: вилла в стиле особняка и пятиэтажная башня. В мае 2016 года в Дубае открылось новое офисное здание площадью 250 квадратных метров (2700 квадратных футов), которое Дубайский музей будущего рекламирует как первое в мире офисное здание, напечатанное на 3D-принтере.
В 2017 году было объявлено о проекте строительства небоскреба, напечатанного на 3D-принтере, в Объединенных Арабских Эмиратах. Строительство Cazza поможет построить структуру. В настоящее время нет конкретных подробностей, таких как высота зданий или точное местоположение.
FreeFAB Wax, изобретенный Джеймсом Б. Гардинером и Стивеном Янссеном в Laing O’Rourke, находится в разработке с марта 2013 года. Технология использует 3D-печать в масштабе строительства для производства больших объемов инженерного воска (до 400 л/ч) для изготовления «быстрой и грязной» 3D-печатной формы для сборного бетона, стеклофибробетона (GRC) и других распыляемых/литьевых материалов. Затем поверхность литья фрезеруется по пяти осям, удаляя приблизительно 5 мм воска, чтобы создать высококачественную форму (с шероховатостью поверхности приблизительно 20 микрон). После отверждения форма затем либо измельчается, либо расплавляется, а воск фильтруется и используется повторно, что значительно сокращает отходы по сравнению с традиционными технологиями изготовления форм. Преимуществами технологии являются быстрое изготовление форм, повышенная эффективность производства, сокращение трудозатрат и фактическое устранение отходов за счет повторного использования материалов для индивидуальных форм. Система была первоначально продемонстрирована в 2014 году с использованием промышленного робота. Позднее система была адаптирована для интеграции с пятиосевым высокоскоростным порталом для достижения быстрых допусков фрезерования поверхности, требуемых для системы.
Инженерный корпус армии США, Центр инженерных исследований, возглавляемый Исследовательской лабораторией строительного машиностроения (ERDC-CERL) в Шампейне, штат Иллинойс, США, начал исследования в области технологии развертываемых строительных 3D-принтеров, начиная с сентября 2015 года. Пилотный проект Automated «Строительство экспедиционных сооружений» (ACES), ориентированное на 3D-печать бетона и охватывающее широкий спектр областей исследований, включая системы печати, бетонные материалы для печати, проектирование и тестирование конструкций, а также методы строительства. В результате проекта ACES были проведены три демонстрации: контрольная точка входа, первые казармы из железобетона, построенные аддитивно, а также печать гражданской и военной инфраструктуры (барьеры Джерси, Т-образные стены, водопропускные трубы, бункеры и боевые позиции) на маневрах армии США. Эксперименты по поддержке, обеспечению и защите (MSSPIX).
В 2017 году ERDC CERL начал работать с Корпусом морской пехоты США, в результате чего военнослужащие впервые продемонстрировали 3D-печать бетона, армированную бетонную хижину с 3D-печатью, первый 3D-печатный мост в Америке и первую демонстрацию печати. с трехдюймовым соплом. Благодаря этой работе ERDC и морская пехота смогли протестировать структурные характеристики железобетонных стеновых конструкций и мостовых балок, напечатанных на 3D-принтере, устойчивость системы печати и циклы обслуживания, расширенные операции печати, опубликованную 24-часовую заявку на строительство, а также разработать жизнеспособные методы армирования и строительства. используя общепринятые практики.
Компания MX3D Metal, основанная Лорисом Яарманом и его командой, разработала две 6-осевые роботизированные 3D-печатные системы, первая из которых использует термопластик, который выдавливается, в частности, эта система позволяет изготавливать неплоские валики произвольной формы. Вторая — это система, которая использует аддитивную сварку (по сути, точечную сварку на предыдущих точечных сварных швах), технология аддитивной сварки была разработана различными группами в прошлом. MX3D работала над изготовлением и установкой металлического моста в Амстердаме в течение шести лет. Завершенный пешеходно-велосипедный мост был открыт в июле 2021 года. Мост имеет пролет 12 м (39 футов) и конечную массу 4500 кг (9900 фунтов) нержавеющей стали.
BetAbram — это простой 3D-принтер для экструзии бетона на основе портального типа, разработанный в Словении. Эта система доступна на рынке, предлагая потребителям 3 модели (P3, P2 и P1) с 2013 года. Самый большой P1 может печатать объекты размером до 16 м x 9 м x 2,5 м.
3D-принтер для бетона Total Custom, разработанный Руденко, — это технология нанесения бетона, установленная в конфигурации портального типа, система имеет выход, аналогичный Winsun и другим технологиям 3D-печати бетоном, однако она использует легкий портальный тип фермы. Технология была использована для изготовления версии замка в масштабе заднего двора и гостиничного номера на Филиппинах.
Серийное производство строительных принтеров налажено на предприятии СПЕКАВИА, расположенном в Ярославле (Россия). В мае 2015 года компания представила первую модель строительного 3D-принтера и объявила о начале продаж.
Компания XtreeE, инициированная и поддержанная генеральным директором-основателем Филиппом Морелем, разработала многокомпонентную систему печати, установленную на 6-осевой роботизированной руке. Проект стартовал в июле 2015 года и включает в себя сотрудничество и инвестиции со стороны строительной отрасли, таких как Saint Gobain, Vinci и LafargeHolcim.
3DPrinthuset, датский стартап 3DPrinting, также занялся строительством вместе со своей дочерней компанией COBOD International, которая в октябре 2017 года выпустила собственный портальный принтер.
S-Squared 3D Printers Inc — компания по производству и продаже 3D-принтеров, базирующаяся в Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк. Компания была основана Робертом Смитом и Марио Щепански в 2014 году, в ней работают 13 человек, и она производит 3D-принтеры для любителей, библиотек и программ STEM. В 2017 году компания открыла новое подразделение S-Squared 4D Commercial, которое будет строить дома и коммерческие здания с помощью своей установки для 3D-печати под названием Автономная роботизированная строительная система (ARCS). Система может строить дома, коммерческие здания, дороги и мосты. ARCS может реализовать проекты площадью от 500 квадратных футов до более чем одного миллиона квадратных футов.
В 2021 году компания Mario Cucinella Architects и специалисты по 3D-печати WASP продемонстрировали первую 3D-печать дома из глиняной смеси Tecla (см. ниже ).
В 2022 году инженеры сообщили о разработке множества автономных дронов для 3D-печати для аддитивного производства и ремонта.
В ноябре 2022 года исследователи из Центра передовых конструкций и композитов Университета штата Мэн завершили строительство дома площадью 600 квадратных футов (56 м2), состоящего из модульных секций, напечатанных из побочных продуктов древесины.
Архитектор Джеймс Брюс Гардинер спроектировал два проекта: Freefab Tower в 2004 году и Villa Roccia в 2009–2010 годах. FreeFAB Tower была основана на оригинальной концепции сочетания гибридной формы строительной 3D-печати с модульной конструкцией. Влияние можно увидеть в различных дизайнах, используемых Winsun, включая статьи об оригинальном пресс-релизе Winsun и офисе будущего. Проект FreeFAB Tower также представляет собой первое спекулятивное использование многоосных роботизированных манипуляторов в строительной 3D-печати. Использование таких машин в строительстве в последние годы неуклонно растет благодаря проектам MX3D и Branch Technology.
Вилла Рочча 2009–2010 гг. продвинула эту работу на шаг дальше, разработав в сотрудничестве с D-Shape дизайн виллы в Порто Ротондо, Сардиния, Италия. При проектировании виллы основное внимание уделялось развитию архитектурного языка, специфичного для данного места, под влиянием скальных образований на участке и вдоль побережья Сардинии, а также с учетом использования процесса 3D-печати из сборных панелей. Проект прошел прототипирование и не был доведен до полного строительства.
Франсиос Рош (R&Sie) разработал выставочный проект и монографию «Я слышал о» в 2005 году, в которой исследовалось использование весьма спекулятивной самоходной змеи, такой как автономный аппарат для 3D-печати и система генеративного проектирования, для создания высотных жилых башен.
Перформативное здание голландского архитектора Яньяапа Руйссенаарса, напечатанное на 3D-принтере, планировалось построить партнерством голландских компаний. Дом планировалось построить в конце 2014 года, но сроки не были соблюдены. Компании заявили, что они по-прежнему привержены проекту.
Технология 3D-печати бетоном применяется при возведении тонкостенных стеновых конструкций, не требующих условий теплоизоляции.
Дом на канале, напечатанный на 3D-принтере, был строительным проектом.
Первым жилым домом в Европе и СНГ, построенным с использованием технологии строительства 3D-печати, стал дом в Ярославле (Россия) площадью 298,5 кв. метров. Стены здания были напечатаны компанией SPECAVIA в декабре 2015 года. 600 элементов стен были напечатаны в цехе и собраны на стройплощадке. После завершения конструкции крыши и внутренней отделки в октябре 2017 года компания представила полностью готовое 3D-здание.
Голландские и китайские демонстрационные проекты постепенно строят 3D-печатные здания в Китае, Дубае и Нидерландах, используя усилия по ознакомлению общественности с возможностями новой технологии строительства на основе растений и стимулированию инноваций в 3D-печати жилых зданий. Небольшой бетонный дом был напечатан на 3D-принтере в 2017 году.
Здание по требованию (BOD), первый дом в Европе, напечатанный на 3D-принтере, представляет собой проект под руководством COBOD International для небольшого офисного отеля, напечатанного на 3D-принтере, в Копенгагене, район Нордхавн. По состоянию на 2018 год здание полностью завершено и отремонтировано.
В Испании первый в мире пешеходный мост, напечатанный в 3D (3DBRIDGE), был открыт 14 декабря 2016 года в городском парке Кастилья-Ла-Манча в Алькобендасе, Мадрид. Используемая технология 3DBUILD была разработана компанией ACCIONA, которая отвечала за структурное проектирование, разработку материалов и производство 3D-печатных элементов. Мост имеет общую длину 12 метров и ширину 1,75 метра и выполнен из микрожелезобетона. Архитектурный проект был выполнен Институтом передовой архитектуры Каталонии (IAAC).
3D-принтер, использованный для строительства пешеходного моста, был произведен компанией D-Shape. 3D-печатный мост отражает сложность форм природы и был разработан посредством параметрического проектирования и компьютерного проектирования, что позволяет оптимизировать распределение материалов и максимизировать конструктивные характеристики, имея возможность размещать материал только там, где это необходимо, с полной свобода форм. Пешеходный мост в Алькобендасе, напечатанный на 3D-принтере, стал важной вехой для строительного сектора на международном уровне, поскольку в этом проекте впервые в области гражданского строительства в общественных местах была применена крупномасштабная технология 3D-печати.
В августе 2018 года в городе Палех (в России) произошло первое в мире применение аддитивной технологии для 3D-печати новых форм для фонтана.
Фонтан «Сноп» (Сноп) изначально был создан в середине XX века известным скульптором Николаем Дыдыкиным. В настоящее время во время реставрации фонтана его форма была изменена с прямоугольной на круглую; с соответствующей доработкой системы подсветки фонтана. Отреставрированный фонтан теперь имеет диаметр 26 метров и глубину 2,2 метра. Парапет 3D-фонтана с внутренними каналами связи напечатан на строительном принтере АМТ производства группы компаний АМТ-СПЕЦАВИА.
Печать зданий была предложена как особенно полезная технология для строительства внеземной среды обитания, например, на Луне или Марсе. По состоянию на 2013 год Европейское космическое агентство работало с лондонской компанией Foster + Partners над изучением потенциала печати лунных баз с использованием обычной технологии 3D-печати. В январе 2013 года архитектурная фирма предложила технологию 3D-принтера для строительства зданий, которая будет использовать сырье из лунного реголита для производства лунных строительных конструкций, одновременно используя закрытые надувные среды обитания для размещения людей внутри напечатанных на твердой оболочке лунных структур. В целом, для транспортировки этих сред обитания с Земли потребуется лишь десять процентов массы конструкции, а для остальных 90 процентов массы конструкции будут использоваться местные лунные материалы.
Куполообразные конструкции будут представлять собой несущую цепную связь со структурной поддержкой, обеспечиваемой структурой с закрытыми порами, напоминающей птичьи кости. Согласно этой концепции, «напечатанный» лунный грунт будет обеспечивать «радиационную и температурную изоляцию» обитателей Луны.
В строительной технологии лунный материал смешивается с оксидом магния, который превращает «лунный материал в кашицу, которую можно распылять для формирования блока», когда применяется связующая соль, которая «превращает [этот] материал в твердое вещество, похожее на камень». Также предусмотрен вариант серобетона.
Завершены испытания 3D-печати архитектурной конструкции из имитированного лунного материала с использованием большой вакуумной камеры в земной лаборатории. Этот метод включает впрыскивание связующей жидкости под поверхность реголита с помощью сопла 3D-принтера, которое в ходе испытаний улавливало капли размером 2 миллиметра (0,079 дюйма) под поверхностью за счет капиллярных сил. Используемый принтер был D-Shape.
Для структурной 3D-печати были разработаны различные элементы лунной инфраструктуры, включая посадочные площадки, взрывозащитные стены, дороги, ангары и хранилища топлива. В начале 2014 года НАСА профинансировало небольшое исследование в Университете Южной Калифорнии для дальнейшего развития.
техника 3D-печати Contour Crafting. Потенциальные применения этой технологии включают строительство лунных структур из материала, который может состоять на 90 процентов из лунного материала, и только десять процентов материала требует транспортировки с Земли.
НАСА также рассматривает другой метод, который будет включать спекание лунной пыли с использованием микроволновой энергии малой мощности (1500 Вт). Лунный материал можно будет связать путем нагревания до температуры от 1200 до 1500 °C (от 2190 до 2730 °F), что несколько ниже точки плавления, чтобы расплавить наночастицы пыли в твердый блок, подобный керамике и не требующий транспортировка связующего материала с Земли в соответствии с подходами Foster+Partners, Contour Crafting и D-shape к печати внеземных зданий. Один конкретный предложенный план строительства лунной базы с использованием этой технологии будет называться SinterHab и будет использовать шестиногого робота JPL ATHLETE для автономного или телероботического строительства лунных структур.
По состоянию на декабрь 2022 года НАСА заключило с техасской компанией ICON контракт на сумму 57,2 миллиона долларов на строительство 3D-печатных жилищ, посадочных площадок и дорог на поверхности Луны, а также на поддержку программы ARTEMIS. Контракт рассчитан до 2028 года. Компания участвовала в конкурсе НАСА по 3D-печати среды обитания в сотрудничестве с Горной школой Колорадо и получила приз за прототип напечатанной структурной системы.
В апреле 2021 года был завершен первый прототип 3D-печатного дома из глины Tecla. Низкоуглеродистый корпус был напечатан двумя большими синхронизированными руками из смеси местной почвы и воды, а также волокон рисовой шелухи и связующего вещества. Такие здания могут быть очень дешевыми, хорошо изолированными, стабильными и устойчивыми к атмосферным воздействиям, адаптируемыми к климату, адаптируемыми к индивидуальному заказу, быстро возводиться, требовать лишь очень небольшого количества легкообучаемого ручного труда, снижать выбросы углерода из бетона, требовать меньше энергии, уменьшать количество бездомных, способствовать созданию преднамеренных сообщества, такие как автономные автономные эко-сообщества, и обеспечить предоставление жилья жертвам стихийных бедствий, а также – посредством передачи знаний и технологий местному населению – мигрантам в Европу рядом с их домами, в том числе в качестве все более актуального политического фактора. вариант. Он был построен в Италии архитектурной студией Mario Cucinella Architects и специалистами по 3D-печати WASP. Название здания представляет собой смесь слов «технология» и «глина».
Данные и прогнозы указывают на растущую актуальность недорогих и устойчивых зданий, в частности, согласно отчету ООН за 2020 год, на здания и сооружения приходится около 38% всех выбросов углекислого газа, связанных с энергетикой, что частично связано с В связи с глобальным потеплением, миграционные кризисы, как ожидается, в будущем будут усиливаться, и, по оценкам ООН, к 2030 году ~3 миллиарда человек или ~40% населения мира будут нуждаться в доступном и доступном жилье. Недостатки печати глиняными смесями включают ограничения по высоте или требования к горизонтальному пространству, первоначальные затраты и размеры принтера, не выпускаемого серийно, задержки из-за необходимости дать смеси высохнуть в текущих процессах и другие проблемы, связанные с новизной изделия, такие как их подключение к водопроводным системам.
Крупномасштабная 3D-печать на основе цемента устраняет необходимость в традиционном формовании путем точного размещения или затвердевания определенных объемов материала в последовательных слоях с помощью процесса позиционирования, контролируемого компьютером. Этот подход к 3D-печати состоит из трех основных этапов: подготовка данных, подготовка бетона и печать компонентов.
Для генерации путей и данных реализованы различные методы создания траекторий роботизированных зданий. Общий подход заключается в разрезании трехмерной формы на плоские тонкие слои постоянной толщины, которые можно накладывать друг на друга. В этом методе каждый слой состоит из контурной линии и рисунка заливки, которые могут быть реализованы в виде сотовых структур или кривых, заполняющих пространство. Другой метод — это метод тангенциальной непрерывности, который создает трехмерные траектории здания с локально изменяющейся толщиной. Этот метод приводит к созданию постоянных контактных поверхностей между двумя слоями, поэтому можно избежать геометрических зазоров между двумя слоями, которые часто ограничивают процесс 3D-печати.
Этап подготовки материала включает в себя смешивание и укладку бетона в емкость. После того, как свежий бетон помещен в контейнер, его можно транспортировать через систему насос-труба-форсунка для распечатки самоуплотняющихся бетонных нитей, из которых можно создавать слой за слоем структурные компоненты. В аддитивных процессах прокачиваемость и стабильность экструзии важны для применения строительных растворов. Все эти свойства будут варьироваться в зависимости от конструкции бетонной смеси, системы подачи и устройства для нанесения. Общие характеристики 3D-печати мокрого бетона подразделяются на четыре основные характеристики:
Для выполнения процесса печати необходима система управления. Эти системы можно разделить на две категории: портальные системы и системы роботизированных манипуляторов. Портальная система приводит в действие манипулятор, установленный наверху, для определения местоположения печатающего сопла в декартовых координатах XYZ, в то время как роботизированные манипуляторы обеспечивают дополнительные степени свободы сопла, обеспечивая более точные рабочие процессы печати, такие как печать методом тангенциальной непрерывности. Независимо от системы, используемой для печати (козловой кран или роботизированная рука), координация между скоростью движения сопла и расходом материала имеет решающее значение для результата печати нити. В некоторых случаях можно запрограммировать несколько роботизированных манипуляторов для 3D-печати на одновременную работу, что сокращает время строительства. Наконец, автоматизированные процедуры постобработки также могут применяться в сценариях, требующих удаления опорных конструкций или какой-либо отделки поверхности.
Исследователи из Университета Пердью впервые применили процесс 3D-печати, известный как прямое письмо чернилами, для изготовления архитектурных материалов на основе цемента. Они продемонстрировали, что с помощью 3D-печати осуществимы биотехнологические конструкции материалов на основе цемента и могут быть достигнуты новые эксплуатационные характеристики, такие как отказоустойчивость и соответствие требованиям.
С 2006 года Бехрох Хошневис заявлял о том, что дом можно напечатать на 3D-принтере за день, а также утверждал, что теоретически строительство здания займет примерно 20 часов «принтерного» времени. К январю 2013 года рабочие версии строительной технологии 3D-печати позволяли печатать 2 метра (6 футов 7 дюймов) строительного материала в час, а следующее поколение принтеров, как предполагалось, могло печатать со скоростью 3,5 метра (11 футов) в час. достаточно, чтобы построить здание за неделю.
Китайская компания WinSun построила несколько домов с помощью больших 3D-принтеров, используя смесь быстросохнущего цемента и переработанного сырья. Winsun заявила, что построила десять демонстрационных домов за 24 часа, каждый из которых обошелся в 5000 долларов США (конструкция без учета фундаментов, услуг, дверей/окон и отделки). Однако пионер строительной 3D-печати доктор Бехрох Хошневис утверждает, что это была подделка, и что WinSun украла его интеллектуальную собственность.
Существует несколько исследовательских проектов, связанных с 3D-печатью в строительстве, например, проект 3D-печати бетона (3DCP) в Технологическом университете Эйндховена или различные проекты в Институте передовой архитектуры Каталонии (Pylos, Mataerial и Minibuilders). Список исследовательских проектов за последние пару лет еще больше расширился благодаря растущему интересу к этой области.
Большинство проектов были сосредоточены на исследовании физических аспектов технологии, таких как технология печати, технология материалов и различных проблем, связанных с ними. COBOD International (ранее известная как 3DPrinthuset, теперь ее дочерняя компания) недавно провела исследование, направленное на изучение текущего состояния технологии во всем мире, посетив более 35 различных проектов, связанных с 3D-печатью в строительстве. По каждому проекту был выпущен исследовательский отчет, а собранные данные были использованы для объединения всех различных технологий в первую попытку создать общую стандартизированную категоризацию и терминологию.
Наряду с исследованием компания 3DPrinthuset (теперь известная как COBOD International) организовала две международные конференции по строительной 3D-печати (февраль и ноябрь 2017 г. соответственно), целью которых было собрать вместе самых сильных представителей этой развивающейся отрасли для обсуждения потенциала и предстоящих задач. . Конференции были первыми в своем роде и собрали такие имена, как D-Shape, Contour Crafting, Cybe Construction, исследовательская компания Eindhoven 3DCP, Winsun и многие другие. Помимо специалистов по 3D-печати в строительстве, впервые также присутствовали такие ключевые игроки традиционной строительной отрасли, как Sika AG, Vinci, Royal BAM Group, NCC, MYK LATICRETE и другие. Возникла общая идея, что сфера 3D-печати в строительстве нуждается в более единой платформе, где можно было бы делиться и обсуждать идеи, приложения, проблемы и задачи.
Хотя первые шаги были сделаны почти три десятилетия назад, строительная 3D-печать уже много лет пытается добиться успеха. Первыми технологиями, привлекшими внимание средств массовой информации, были Contour Crafting и D-Shape, о которых было опубликовано несколько спорадических статей в 2008–2012 годах и телерепортаж в 2012 году. D-Shape также был показан в независимом документальном фильме, посвященном его создателю Энрико Дини, под названием «Человек, который печатает дома».
Один важный прорыв был замечен с объявлением о первом 3D-печатном здании с использованием готовых 3D-печатных компонентов, изготовленных Winsun, которая заявила, что может напечатать 10 домов за день с помощью своей технологии. Хотя заявления еще не были подтверждены, история создала широкую тягу и растущий интерес в этой области. В течение нескольких месяцев начали появляться многие новые компании. Это привело ко многим новым начинаниям, которые достигли СМИ, например, в 2017 году первый пешеходный 3D-печатный мост и первый велосипедный 3D-печатный мост, а также ранний структурный элемент, изготовленный с помощью 3D-печати в 2016 году, среди многих других.
Недавно COBOD International, ранее известная как 3DPrinthuset (дочерняя компания), привлекла широкое внимание средств массовой информации благодаря своему первому постоянному 3D-печатному зданию, первому в своем роде в Европе. Этот проект создал важный прецедент: он стал первым зданием, напечатанным на 3D-принтере, имеющим разрешение на строительство и документацию, а также полным одобрением городских властей, что является важной вехой на пути к более широкому признанию в строительной сфере. Эта история получила широкое освещение как в национальных, так и в международных СМИ, появившись на телевидении в Дании, России, Польше, Литве и многих других странах.
Анализ строительства с помощью 3D-печати в отдаленных районах в качестве альтернативы традиционному строительству показывает значительный потенциал. 3D-печать в строительстве предлагает инновационные решения для уникальных проблем этих мест. Возможность использовать местные материалы, сокращать отходы и адаптироваться к сложным и индивидуальным проектам — вот лишь некоторые из преимуществ, которые делают 3D-печать особенно подходящей для строительства в труднодоступных районах. Кроме того, 3D-печать может способствовать экологической устойчивости и вовлечению сообщества, обеспечивая активное участие в процессе строительства и обслуживании конструкций. Этот метод строительства может преобразовать ландшафт удаленного жилья, предоставляя местным сообществам более доступное, эффективное и культурно согласованное жилье.
Однако, несмотря на свои преимущества, все еще существуют различные неопределенности и проблемы, которые необходимо решить, прежде чем 3D-печать сможет получить широкое распространение. Эти неопределенности связаны с техническими, нормативными, экономическими и социальными проблемами. Несмотря на значительные достижения в технологии 3D-печати, ее применение в жилищном строительстве в отдаленных районах все еще находится на ранней стадии осуществимости. Исследования в этой области продолжаются и должны быть более подробно изучены, особенно в отношении робототехники и материалов, которые будут использоваться.
Чтобы печатать дома на 3D-принтере, необходимо оценить затраты и воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционными способами строительства.
Традиционный метод строительства имел более высокие последствия по сравнению с методом 3D-печати с потенциалом глобального потепления 1154,20 и 608,55 кг эквивалента CO2, неканцерогенной токсичностью 675,10 и 11,9 кг 1,4-ДХБ и потреблением воды 233,35 и 183,95 м3 соответственно. Также было обнаружено, что 3D-печатный дом является экономически выгодным вариантом: общие капитальные затраты сокращаются на 78% по сравнению с традиционными методами строительства. Общее воздействие на окружающую среду может быть уменьшено за счет использования этой технологии.
Карстенсен исследовал влияние размера сопла 3D-печати на эффективность печати, уделяя особое внимание длине пути печати материала и перекрытию между ними. Результаты показали, что использование сопла большого размера благоприятно для непрерывной печати на небольшом расстоянии, когда размер структуры велик, что может повысить как эффективность печати, так и производительность структуры.
Кроме того, исследование подчеркивает важность оптимизации скорости печати в соответствии с динамически контролируемыми структурами для обеспечения геометрической стабильности печатного элемента и механических свойств 3D-печатного бетона. Это подчеркивает необходимость учитывать эффективность 3D-печати бетона с точки зрения безопасности и стабильности конструкций, подчеркивая сложность и важность одновременной оптимизации нескольких параметров в процессе 3D-печати бетона.
