Wszystko o konstrukcji 3D
Zastosowanie technologii komputerowej umożliwia tworzenie trójwymiarowych obiektów różnego typu. Druk 3D jest aktywnie wykorzystywany do budowy domów. Ta metoda wznoszenia budynków ma ważne zalety, pozwalając na wykonywanie prac o niemal każdym poziomie złożoności. Ta technologia na pierwszy rzut oka może wydawać się niezwykła. Aby go obiektywnie ocenić, wystarczy dowiedzieć się więcej o możliwościach wykorzystania drukarek 3D w budownictwie.
Historia druku 3D
Pierwsza drukarka 3D została wykorzystana na początku lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Profesor Hideo Kodama opracował pierwszy system druku 3D oparty na utwardzalnych fotopolimerach na bazie akrylu.
W 1984 roku Amerykanin Charles Hill wynalazł stereolitografię, która jest uważana za bezpośredniego poprzednika druku 3D. W tym przypadku utwardzenie nastąpiło poprzez napromieniowanie struktury laserem ultrafioletowym. Efektem procesu drukowania był wyrób z tworzywa sztucznego. Forma powstała na podstawie przygotowanego wcześniej rysunku trójwymiarowego.
Technologia została opatentowana w 1986 roku. Charles Hill założył firmę 3D Systems, która od tego czasu utrzymuje wiodącą pozycję. Następnie pojawiły się technologie spiekania laserowego i modelowania osadzania. Ta ostatnia metoda stosowana jest najczęściej w nowoczesnych drukarkach 3D.
Jak wygląda konstrukcja budynków 3D
Zgodnie z wcześniej przygotowanym rysunkiem nakładane są kolejno warstwy specjalnego materiału. Do budowy budynków zwykle stosuje się mieszankę cementową. Nakłada się warstwami, po czym twardnieje. Do budowy można stosować kompozycje z różnymi dodatkami.
Istnieje również konstrukcja z materiałów suchych. W tym przypadku nakładane są warstwy pudru i wzmacniana jest struktura. Następnie zwilżyć środkiem utwardzającym.
Do pracy wykorzystywane są rysunki trójwymiarowe tworzone w specjalistycznych aplikacjach. Stosuje się różne sposoby poruszania dysz, przez które dostarczana jest kompozycja robocza. Zależą one od typu używanej drukarki.
Mieszanka jest ładowana do bunkra. Zawiera w swoim składzie cement, plastyfikator, wypełniacz i inne składniki. Pod ciśnieniem podawany jest do głowicy drukarki. Dzięki niej kompozycja jest wyciskana w ściśle określonych miejscach zgodnie z rysunkiem.
Do budowy budynków stosuje się mieszankę betonową, która różni się od tej stosowanej w standardowych metodach budowlanych. Jedną z jego cech jest drobne ziarno. Zwykle producenci takich drukarek wytwarzają mieszankę do pracy według własnych receptur.
Plusy i minusy konstrukcji 3D
Korzystając z tej metody wznoszenia budynków, możesz cieszyć się następującymi zaletami:
- Znaczne przyspieszenie budowy następuje bez dodatkowego wzrostu kosztów. W ciągu zaledwie kilku godzin można w ten sposób zbudować konstrukcję o wysokości 6 metrów.
- Za pomocą budowlanej drukarki 3D można dokładnie skopiować typowy projekt budowlany.
- Praca odbywa się automatycznie. W takim przypadku może być wymagana praca ręczna, ale jej objętość jest znacznie mniejsza niż w przypadku tradycyjnych metod. Jest niezbędny do budowy dachu, wykańczania i układania komunikacji.
- Budowa domu metodą druku 3D wraz z pracami wykończeniowymi i układaniem komunikacji nie wymaga większych nakładów finansowych niż budowa budynku z baru. Istnieje tendencja do obniżania kosztów takich prac.
- Dzięki tej metodzie pracy nie ma potrzeby wykonywania szalunków do betonu.
- Złożoność tworzonych kształtów geometrycznych nie wpływa na szybkość pracy. Drukarka po prostu wykonuje czynności zdefiniowane przez używany rysunek.
- Korzystanie z drukarki 3D nie stwarza problemów związanych z gruzem budowlanym.
- Efekt pracy będzie dokładnie zgodny z planem. Drukarka nie męczy się i nie popełnia błędów, co pozwala mieć pewność co do jakości wykonywanej pracy.
- Oszczędności będą tym większe, im szerzej stosowana jest konstrukcja 3D.
- Wygodne jest więc wykonywanie małych obiektów architektonicznych.
Ta metoda budowy ma następujące wady:
- Druku 3D nie można wykorzystać do budowy niektórych części budynku. Na przykład dotyczy to konstrukcji dachu.
- Stosowanie druku domowego jest ograniczone warunkami klimatycznymi. Proces budowy jest możliwy tylko wtedy, gdy temperatura powietrza spadnie poniżej +15 stopni.
- Teraz nie ma doświadczenia w budowie budynków wielopiętrowych. Do tej pory konstrukcja 3D była wykorzystywana do tworzenia małych budynków. Entuzjaści tego podejścia twierdzą, że za pomocą takich drukarek można budować obiekty o niemal dowolnej skali i złożoności, ale nie zostało to zweryfikowane w rzeczywistości.
- Pierwszy budynek, który miał powstać w ten sposób, powstał w 2013 roku. Dlatego doświadczenie takiej konstrukcji nie pozwala nam ocenić, do czego doprowadzi długofalowa eksploatacja.
- Wysoki koszt używanego sprzętu.
- Działanie drukarki ogranicza się do miejsca, w którym jest zainstalowana.
Budowa budynków 3D w Federacji Rosyjskiej nie jest regulowana przez prawo. Przeszkodą w poszerzaniu zakresu zastosowania jest brak standardów dla takiej pracy.
Jak działa drukarka 3D
To urządzenie musi zawierać następujące elementy:
- Głowica drukująca lub ekstruder. Posiada system wychwytywania odpowiedniej ilości przychodzącego materiału. Następnie jest podgrzewany i wytłaczany na miejscu o określonych współrzędnych.
- Powierzchnia robocza, na której formowana jest tworzona forma. W drukarniach budowlanych rolę tę pełni kawałek gruntu, na którym budowany jest dom. Wszelkie manipulacje wykonywane są na terenie ograniczonym możliwościami urządzenia.
- Silniki liniowe i krokowe przesuwają głowicę drukarki w dokładnie określone miejsce zgodnie z używanym modelem cyfrowym.
- Zaciski to czujniki, które określają dokładne współrzędne odpowiadające pozycji intruza. Dzięki ich zastosowaniu zaprawa znajduje się dokładnie tam, gdzie jest potrzebna.
- Rama jest podstawą, na której montowane są wszystkie elementy drukarki 3D.
Większość z tych urządzeń pracuje z rysunkami wykonanymi w formacie STL.
Różne typy urządzeń do druku budowlanego
Najczęściej używane są drukarki portalowe. Aby to zrobić, budowana jest rama w kształcie litery U, która porusza się wzdłuż całego budowanego modelu. Głowica drukarki zawieszona jest na górnej poprzeczce. W ten sposób ruch odbywa się wzdłuż osi X lub Y. Wysokość ekstrudera może się zmieniać, co zapewnia pożądane pozycjonowanie wzdłuż osi Z.
Ruch w drukarce delta odbywa się na innej zasadzie. Tutaj rama jest zbudowana wzdłuż krawędzi platformy roboczej, znajdującej się na jej obwodzie. Głowica drukarki zawieszona jest na kilku kablach, co pozwala na tworzenie skomplikowanych kształtów geometrycznych.
Zrobotyzowane sterują głowicą drukarki za pomocą manipulatorów przemysłowych. Zazwyczaj są montowane na stałej wieży, która ma możliwość obracania.
System D-Shape działa z inną metodą utwardzania. Nie używa roztworu, ale stosuje się specjalny proszek. Jest układany, a następnie zagęszczany. Następnie wytłaczarka podaje substancję, która pomaga utwardzić materiał.
Sfery zastosowania konstrukcji za pomocą druku
Z ich pomocą możesz szybko i niedrogo budować domy jedno- lub dwupiętrowe. Druk 3D umożliwia budowę dużej liczby niskobudżetowych budynków w krótkim czasie. Może to być wymagane na przykład w przypadku zakwaterowania osób, które ucierpiały w wyniku klęsk żywiołowych i straciły domy.
Dlatego korzystne jest budowanie różnego rodzaju małych budynków. Mogą to być np. obiekty o charakterze parkowym (ławki, stoły, ozdobne zredukowane modele budynków). Druk trójwymiarowy sprawdza się przy budowie konstrukcji pomocniczych lub domowych (garaże, wiaty i inne).
Przykłady drukowanych budynków
Budowa z wykorzystaniem drukarek 3D staje się stopniowo coraz bardziej popularna. Na świecie istnieje wiele firm produkujących takie urządzenia przemysłowe. Następnie porozmawiamy o najsłynniejszych domach powstałych w ten sposób.
Zamek jak dom
Jarosławskie przedsiębiorstwo AMT „Spetsavia” korzystając z druku 3D stworzyło dom dla ochroniarzy cementowni w Jekaterynburgu. Przypomina zamek Winterfell z Game of Thrones. Dom ma powierzchnię 165 mkw. metrów. Powstał w 2015 roku.
Część budynku została zbudowana przy użyciu drukarki znajdującej się na miejscu. Niektóre klocki zostały wydrukowane osobno, a następnie przywiezione i zainstalowane w ich miejsce.
Budynek w Stupinie
Irkucka firma Apis Cor buduje za pomocą trójwymiarowej drukarki zamontowanej na obrotowej wieży z teleskopowym uchwytem. Ten projekt pozwala tworzyć domy o złożonym kształcie. Dom w Stupinie powstał w celach demonstracyjnych. Firma prowadziła prace budowlane w Dubaju, budując dom o podobnej konfiguracji o powierzchni 540 metrów kwadratowych. metrów. Budowa budynku zajęła 500 godzin.
Domy dla ludności
Budownictwo 3D jest aktywnie wykorzystywane do tworzenia dla ubogich. Wielki sukces w tej dziedzinie odniosła chińska firma Winsun. W 2014 roku firma stworzyła 10 domów w 10 dni. Mieli powierzchnię 200 mkw. metrów każdy i zostały wykonane z materiałów ekologicznych. Projekty domów okazały się prymitywne, ale mogły służyć jako mieszkania. Koszt każdego z nich to 4800 dolarów.
W 2015 roku firma wybudowała rezydencję o powierzchni 1100 mkw. metrów. Najpierw wydrukowano osobne bloki, a następnie z ich pomocą wybudowano budynek. Koszt materiałów budowlanych był trzykrotnie niższy niż przy zwykłym budowaniu.
Budowa w Dubaju
Klienci ze Zjednoczonych Emiratów Arabskich skorzystali z usług holenderskiej firmy CyBe Construction do masowej budowy domów przy użyciu drukarki 3D. W 2019 r. zaplanowali, że jedna czwarta nowo wybudowanych domów do 2025 r. będzie wykonana w tej technologii.
Szybkość drukarki budowlanej tej firmy wynosi 60 cm na sekundę. Z taką prędkością powstał na przykład biurowiec w Dubaju. W takim przypadku wszystkie konstrukcje wsporcze powstają w ciągu godziny. Drukarka umożliwia również wykonanie podłóg i szalunków.
Domy budowane według oryginalnej technologii
D-Shape wykorzystuje oryginalną technologię budowy. Proces produkcyjny oparty jest na stereolitografii. W tym przypadku stosuje się suchą kompozycję, którą zagęszcza się, a następnie traktuje utwardzaczem. Wykonane w ten sposób ściany przypominają wyglądem marmur. Pod względem wytrzymałości i trwałości przewyższają żelbet.
W przypadku tej metody twardnienie trwa 24 godziny. Od 2012 roku firma ta ogłosiła, że jest gotowa do budowy dwupiętrowych domów, ze schodami, dachami, kolumnami i rurami komunikacyjnymi. Firma uważa za swoje zadanie budowanie domów o oryginalnej formie, z wystarczającą siłą, aby nie bać się huraganów i trzęsień ziemi.
Dom Yhnova
W Nantes wydrukowano Yhnova House w 2017 roku. Posiada 5 pokoi o łącznej powierzchni 95 m2. metrów. Budynek charakteryzuje się wysoką efektywnością energetyczną. Jako manipulator zastosowano ramię robota, którego dokładność zapewniał laser. Do budowy nie zastosowano rusztowania. Budynek ten powstał w ramach projektu społecznego.
Wniosek
Tworzenie domów za pomocą drukarki 3D coraz częściej przestaje być czymś fantastycznym i staje się jednym z najczęstszych sposobów budowania budynków. Posiada wiele istotnych zalet, które pozwalają nam liczyć na rosnącą popularność wykorzystania budowlanych drukarek 3D.
