Цифровой океан

Текст

На компьютерной визуализации любой дом выглядит как конфетка. Будет ли он похож на картинку в реальности, зависит от прямоты рук строителей и извилин прораба. Строительный 3D-принтер печатает дома по чертежу без «посредников». «Цифровой океан» посетил одну из таких стройплощадок

Кондитерский шприц — ​вот что приходит на ум при виде строительного принтера, который слой за слоем выкладывает причудливые клумбы, вазоны, скамейки и другие «малые архитектурные формы». Машина занимает практически все пространство цеха и напоминает мостовой кран, какой можно встретить на любом производстве. Правда, печатающая головка движется гораздо активнее. Слоеная структура действительно придает готовым изделиям какой-то кондитерский, аппетитный вид, словно это мебель для пряничных домиков. Но откуда в цехе всполохи электросварки?

Сварщик делает новые 3D-принтеры. В отличие от домашних или промышленных принтеров, строительные представляют собой скорее конструктор, чем бытовой прибор. Модульная постройка из металлических ферм, движущаяся вдоль пары рельсов, быстро собирается на площадке, а затем разбирается и транспортируется на новое место. Разработкой и производством таких машин занимается российская компания RVS3D.

Железобетонный аргумент

Скульптор отсекает от мраморной глыбы все лишнее, токарь обтачивает болванку, и даже штампованные детали автомобильных кузовов вырезаются из железного листа. На протяжении всей истории человечества субтрактивные, «вычитающие» технологии главенствовали. Исключением было строительство: дома складывали из кирпичей, камней или бревен, а позже стали отливать из бетона. Аддитивные технологии как будто созданы для строительства. Однако 3D-печать пришла на стройку не сразу, и виной тому несколько препятствий.

Первая проблема — ​арматура. Нельзя просто отлить из бетона дом, внутрь нужно заложить усиливающие конструкции из металла. Не зря итоговую конструкцию назовут железобетонной! На обычной стройке сперва ставят опалубку — ​коробку из фанеры или стальных панелей. Внутрь опалубки закладывают арматуру и лишь затем льют бетон.

Специалисты RVS3D поступают так же: 3D-принтер печатает опалубку, то есть пару тонких стенок. Внутрь закладывается арматура и заливается бетон. Самое очевидное преимущество технологии — ​экономия времени на строительстве опалубки. Деревянные конструкции строятся по старинке вручную и требуют усилий немаленькой бригады. Принтер делает ту же работу без перерывов на еду и сон, а для его обслуживания достаточно двух мастеров.

Опалубка, напечатанная на 3D-принтере, может иметь сложную криволинейную форму. Принтеру ничего не стоит выписать фигуры по любым лекалам, фанера же всегда плоская. Вдобавок поверхность стен получается эстетичной, похожей на декоративную штукатурку. Ей не нужен отделочный камень или панели, достаточно простой покраски. Получившаяся поверхность достойно смотрится не только снаружи, но даже внутри помещения.

Роман Архангельский, руководитель RVS3D, проводит рукой вдоль стены гаража. Стена выглядит необычно, к ней так и хочется прикоснуться. Это экспериментальная постройка, на которой специалисты компании нарабатывали опыт. Опыт показал следующее: работать надо быстро!

Молекулярные гонки

Вторая и, вероятно, главная сложность в строительной 3D-печати — ​скорость отвердевания бетона. Печатать нужно быстро, четко и за один раз. Ошибки, раздумья и сомнения приводят к бóльшим потерям бетона, чем если работать по старинке. Бетон «живет» около часа, а с учетом пути от завода до стройки — ​еще меньше. За это время нужно успеть израсходовать весь раствор.

— Когда мы печатали гараж, намучились, — ​рассказывает Роман. — ​Нужно, положим, чуть изменить программу или хотя бы просто подставить опалубку под оконный проем — ​и все, партия бетона на выброс. Принтер требует очень быстрой работы, высокой слаженности и профессионализма бетонщиков, так что на любую стройку его не поставишь.

Мало того, бетон засоряет шланги внутри принтера. Их приходится разбирать и промывать. Если это происходит во время работы, то снова встает проблема порчи раствора. Опытный гараж печатался 20 часов чистого времени, но они оказались распределены на четыре дня работы: вдвое больше, чем можно было ожидать.

По итогам работы инженеры RVS3D пришли к радикальному решению: если бетон внутри принтера так и норовит застыть и прилипнуть к стенкам шлангов и камер, то нужно готовить раствор прямо внутри печатающей головки. Теперь в смеситель, установленный непосредственно перед выходным соплом, подаются сухая бетонная смесь и вода.

Деревянный мир. Наиболее доступные дома строятся по каркасной технологии: конструкция из бруса или толстой доски обшивается досками или иными строительными панелями, внутрь же закладывается утеплитель из минеральной ваты. Другой недорогой вариант — ​дом из СИП-панелей. Самонесущие изолированные панели (Structural Insulated Panels, SIP) похожи на панели многоквартирных домов, только вместо железобетонной основы у них рамы из бруса, обшитые OSB-плитами (прессованой щепой) и набитые пенопластом. Оба варианта страдают недостаточной звукоизоляцией, подвержены гниению и содержат горючие материалы. Однако они обладают весомым преимуществом: не требуют дорогого фундамента и стоят в районе 50 тыс. рублей за квадратный метр. Каменные дома, от кирпичных до железобетонных, прочнее, тише и долговечнее. К тому же они «запасают» тепло: медленно нагреваются летом и остужаются зимой. Однако большая масса и, как следствие, высокие требования к качеству фундамента приводят к тому, что на многих рынках (прежде всего США и Канада) каменные дома существенно уступают в популярности деревянным.

Эксклюзив в массы

Готовый 3D-принтер, способный напечатать целый дом размером до 15×12 метров в плане и до 7,5 в высоту, компания предлагает на продажу за 10,5 миллиона рублей. Аппарат работает на обычной пескоцементной смеси.

На примере реального дома, возведенного в Анапе, специалисты RVS3D оценивают стоимость постройки в 50 тысяч рублей за квадратный метр. Дом получился теплым: внутрь опалубки залили специальную смесь —пенобетон М500, который отличается низкой теплопроводностью. При несравненно лучшем комфорте и пожаробезопасности постройка обошлась едва ли не дешевле деревянного дома аналогичной площади.

Компания RVS3D уже вышла на окупаемость благодаря печати малых архитектурных форм. «В этом месяце у нас заказ на большую партию скамеек, десять миллионов рублей в совокупности, — ​делится Роман Архангельский. — ​Заказывает частная компания, не город». Аддитивные технологии позволяют без лишних затрат воссоздать самые сложные задумки, и то, что эксклюзивные предметы изготавливаются в единственном экземпляре, практически не добавляет им стоимости.

Возможно, трехмерная печать вскоре зай­мет свою нишу в «бутиковом» строительстве: с ее помощью архитекторы смогут строить дома, не похожие ни на какие другие. Массовый сегмент в России пока что тяготеет к дешевой рабочей силе: даже на относительно сложные проекты будущие владельцы предпочитают приглашать частных мастеров, которые не могут позволить себе приобрести строительный принтер. Вероятно, 3D-печать высоко оценят крупные застройщики: перенося принтер с места на место, они смогут быстро возвести коттеджный поселок, в котором не будет ни одного одинакового ­строения.

Роман Архангельский
Роман Архангельский, генеральный директор компании rvs3d

Мы по меньшей мере одни из первых в мире, кто печатает при помощи сухой смеси. Особенность технологии состоит в том, что смешивание пескоцементной смеси с водой происходит в проточном смесителе-экструдере. Благодаря такому решению нам не нужны бетономешалки и шланги для жидкого бетона. Мы можем поддерживать высокий темп непрерывной работы, печать всегда свежей смесью, а также использовать ускорители твердения, недоступные для «классических» 3D-принтеров по бетону. Также значительно повышается автоматизация: наш оператор загружает сухую смесь в приемный бункер, включает режим замешивания и запускает печать, после чего к принтеру в течение часа можно не подходить. Затем оператор добавляет в приемный бункер сухую смесь. По завершении печати не нужно разбирать оборудование для глобальной промывки или чистки: демонтируется и промывается всего одна деталь – сопло. Сейчас мы перешли на ту стадию, когда наше изначальное хобби стало приносить деньги: трехмерная строительная печать вполне может оказаться большим и прибыльным бизнесом.

Читайте также, где, зачем и почему применяется 3D-печать:

Читать на ЦО.РФ

Аддитивные технологии Где, зачем и почему применяется 3D-печать

Аддитивные технологии сегодня применяются во многих сферах производства, медицине и машиностроении. В чем их основное преимущество? Какие перспективы? Почему еще не все печатают на 3D-принтерах?

Использованные источники: Материал опубликован в журнале «Цифровой океан» № 20 (ноябрь-декабрь), 2023, Марина Ким