Трёхмерная печать зданий и домов¶
3D-дом — здание или жилая постройка, возведённая методом трёхмерной печати (аддитивного строительства), при котором конструкция создаётся послойным нанесением строительного материала по цифровой модели. К классу таких объектов относят как экспериментальные демонстрационные строения, так и серийные жилые дома, возводимые строительными 3D-принтерами. Технология относится к области аддитивного производства и рассматривается как альтернатива традиционным методам малоэтажного строительства.
¶История
Идея послойного возведения зданий возникла в рамках развития аддитивных технологий в 1990-х годах. Первые патенты на устройства для экструзии бетона при строительстве появились в США в конце XX века. Практическая реализация стала возможной после появления портальных и манипуляторных роботов, способных перемещать печатающую головку по заданной траектории.
Знаковым событием стало строительство в 2014 году в Амстердаме так называемого «Канала-дома» (Canal House) — демонстрационного объекта, напечатанного из биопластика. В 2016 году в Дубае возвели первое офисное здание, напечатанное на 3D-принтере. В 2017 году в России компания «Апис Кор» построила в подмосковном Ступино первый в стране жилой дом, напечатанный на строительном принтере: площадь строения составила около 38 м², а возведение заняло менее месяца.
В 2019 году в Мексике и ряде других стран появились проекты доступного жилья, напечатанного для малоимущих семей. К началу 2020-х годов технология вышла на уровень серийного малоэтажного строительства в США, Китае, ОАЭ и ряде европейских стран.
¶Принцип работы
Процесс включает несколько этапов:
- Проектирование. Создаётся цифровая трёхмерная модель здания, которая разбивается на слои. Учитываются траектории движения печатающей головки, толщина слоя и свойства материала.
- Подготовка смеси. Используется специальная бетонная смесь с добавками, обеспечивающими необходимую вязкость, скорость схватывания и прочность. Смесь должна сохранять форму после укладки.
- Печать. Принтер — портальный, манипуляторный или дельта-типа — послойно выдавливает смесь по контуру стен. Толщина слоя обычно составляет от 1 до 5 см.
- Армирование и инженерные системы. В процессе или после печати устанавливаются арматура, закладные элементы, прокладываются коммуникации.
- Отделка. Выполняются кровельные работы, остекление, внутренняя и наружная отделка.
¶Виды принтеров
| Тип | Особенности | Применение |
|---|---|---|
| Портальные | Рама с подвижной головкой над рабочей зоной | Малоэтажные дома, крупные объекты |
| Манипуляторные (роботизированные руки) | Высокая гибкость, сложные формы | Элементы конструкций, нестандартные проекты |
| Дельта-принтеры | Подвесная система, круговые траектории | Компактные строения |
| Мобильные | Перемещаются по стройплощадке | Крупногабаритные объекты |
¶Материалы
Основной материал — цементные смеси на основе портландцемента с модификаторами. Применяются также:
- геополимеры и смеси с добавлением промышленных отходов (золы, шлака);
- фибробетон с дисперсным армированием;
- глиняные и грунтовые смеси для экологического строительства;
- биопластики и композиты (в экспериментальных проектах).
¶Преимущества и ограничения
К заявленным преимуществам относят сокращение сроков строительства, снижение трудозатрат, уменьшение количества отходов, возможность возведения сложных архитектурных форм и относительно низкую себестоимость при массовом строительстве. Технология позволяет снизить влияние человеческого фактора на качество.
Ограничения связаны с необходимостью специального оборудования и подготовленного персонала, ограничениями по высоте зданий (преимущественно малоэтажные), сложностью одновременной прокладки коммуникаций, а также с неполной нормативной базой. В России требования к таким конструкциям находятся в стадии формирования, что затрудняет их массовое применение в жилищном строительстве.
¶Применение и примеры
Технология применяется в малоэтажном жилищном строительстве, при возведении офисных и общественных зданий, в создании быстровозводимого жилья для зон бедствий. В России реализованы проекты в Московской области, Ярославле и других регионах. В мире известны проекты в Дубае, Остине (США), Эйндховене (Нидерланды), Шанхае.
¶Перспективы
Развитие направления связано с совершенствованием материалов, увеличением этажности печатаемых зданий, интеграцией технологий информационного моделирования (BIM) и роботизированных систем. Ряд исследователей рассматривает строительную 3D-печать как один из инструментов решения задачи доступного жилья и строительства в удалённых регионах.
Источники: публикации по аддитивным технологиям в строительстве, материалы отраслевых конференций, обзоры проектов строительной 3D-печати, техническая документация производителей строительных принтеров.