ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 3D-ПРИНТЕРОВ В МАЛОЭТАЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ В УЗБЕКИСТАНЕ

АННОТАЦИЯ

В этой статье дано краткое описание работы строительного 3D-принтера. Рассмотрен строительный 3D-принтер узбекской компании «Novaprint», ее технология печати, а также преимущества и перспективы развития отрасли строительной 3D-печати.

ABSTRACT

This article gives a brief description of how a construction 3D printer works. The construction 3D printer of the Uzbek company “Novaprint”, its printing technology, as well as the advantages and prospects for the development of the construction 3D printing industry are considered.

Ключевые слова: строительные 3D-принтеры, 3D-печать бетоном, аддитивное производство, инновации в строительном секторе, инновационные технологии.

Keywords: construction 3D printers, concrete 3D printing, additive manufacturing, innovations in construction industry, innovative technologies.

Вступление. Согласно данным Государственного комитета Республики Узбекистан по статистике, доля малообеспеченного населения составляет 11,5%. Это порядка 4 млн жителей страны. Поэтому строительство «образцово-доступных жилых домов» является одним из важных факторов поддержания и улучшения жизни малообеспеченного населения. Основной проблемой в процессе выполнения строительных работ является их тесная связь с большим количеством ручного труда, что не только замедляет темпы проведения этих работ, но и влечет за собой дополнительные расходы. Применение 3D-принтеров в данной отрасли поможет решить существующие проблемы, а также позволит вывести сферу строительства зданий и сооружений на новый уровень.

Эффективность данного метода возведения обусловлена следующим:

1. Сокращение объемов применения опалубки при бетонировании. Опалубочный труд составляет от 35 до 65% от стоимости ж/б конструкции.
2. Уменьшает на 23% отходы от строительства.
3. Улучшается качество возводимого здания (исключается человеческий фактор и минимизируется риск производственных травм).
4. Незаменима для строительства в местностях, пострадавших от стихийных бедствий, и когда требуется за короткое время обеспечить жильем большое количество людей.

 В целях наладки быстровозводимых образцовых домов компания «Novaprint» совместно с инжиниринговой компанией «Qishloq qurilish Invest» построила 2 экспериментальных здания: одноэтажное здание КПП и торцевую сторону производственного блока компании «Novaprint».

Согласно научно-техническому прогнозированию, развитие 3D-печати для инвестиционно-строительной сферы протекает по следующим направлениям: во-первых, модернизация самих 3D-принтеров, во-вторых, совершенствование используемых материалов для данной схемы строительства и, в-третьих, совершенствование технических методов формирования объемных конструкций и сооружений. Ключевыми условиями высокоперспективного развития этой технологии в строительстве, по нашему мнению, являются применяемые строительные материалы и технологические схемы сооружения. На данный момент имеются три метода возведения зданий и сооружений по вышеприведенной технологии: метод послойного экструдирования вязкой, главным образом бетонной смеси, метод спекания (селективного спекания) и метод напыления (компонентной склейки). На сегодняшний день наиболее распространенным является первый метод, а бетон, в свою очередь, является главным материалом для строительства с помощью 3D-печати.

В настоящее время в сфере строительства присутствует слишком большое количество ручного труда. Данный факт не только задерживает темпы разнообразных вариантов строительных работ, но и влечет за собой ненужные лишние затраты и будущие трудности в процессе отделочных работ. Соответственно, достоинствами использования 3D-принтеров в малоэтажном строительстве можно считать их точность, скорость и автоматизацию. Также важно отметить, что основным преимуществом является возможность легко изменять толщину и конфигурацию стен еще на стадии разработки модели в зависимости от пожеланий заказчика и климатических условий, что также делает процесс подбора утеплителя для стен в таком доме в разы проще. Помимо этого, воздействие на дом погодных условий сводится к минимуму из-за особенных добавок в бетонную смесь. Большинство принтеров для возведения малоэтажных зданий имеют относительно маленькие размеры и тем самым гарантируют возможность для свободной транспортировки на строительной площадке. Сборка этих принтеров обычно составляет от 30 минут до нескольких часов, что значительно ускоряет темпы строительства. Отпадает необходимость в сложных процессах проведения разнообразных коммуникаций, так как в ходе проектирования модели здания предварительно планируются все коммуникационные развязки, узлы и инженерные системы, и получается готовая схема для их прокладки. Так как при печати здания бетон подается дозированно с машинной точностью, при завершении процесса строительных работ принтер не оставляет за собой следов и отходов, которые могли бы потребовать последующей уборки.

Преимущества по дизайну:

• строительные объекты, обладающие индивидуальной архитектурной формой, не будут отличаться по цене от зданий и сооружений, имеющих стандартную форму;
• аддитивные технологии позволят особенно широко раскрыть выдумку дизайнера или архитектора. По сути, изделия, получаемые при помощи 3D-принтера, могут быть различной формы, без значимых ограничений;
• применение технологии 3D-печати, к примеру, позволяет проектировать здания без фундамента типа «кокон» на болотистом грунте и в условиях вечной мерзлоты. В холодном климате могут возводится здания оптимизированной конструкции, имеющей минимальную площадь поверхности и наибольший полезный объем, что позволит, например, гарантировать экономию тепловой энергии и увеличить период автономного функционирования объекта;
• наряду с энергоэффективными конструкциями аддитивные технологии можно использовать для быстрого возведения купольных зданий с непростыми геометрическими формами с минимальными издержками на строительство.

Преимущества по технологичности:

• применение 3D-принтера автоматизирует некоторые этапы процесса строительства, со снижением трудоемкости использование 3D-принтера позволит уменьшить сроки строительства;
• применение 3D-принтера в строительстве как основной производственной единицы позволит достигнуть высокой прогнозируемости сроков строительства;
• строительство с помощью 3D-принтера легко масштабируется до 2–3-этажного строительства. В высотном строительстве может быть использован как поэтажный перенос печатного оборудования, так и печать отдельных элементов на стационарном принтере, складывающихся по принципу Lego;
• кроме применения 3D-принтера в области строительства зданий и сооружений, он может быть использован при производстве геометрически сложных объектов, используемых в качестве элементов сборных строительных конструкций;
• внедрение технологии 3D-печати подразумевает переход к роботизации производственных процессов, создание схожести конвейера, что, в свою очередь, заставит смежные отрасли встраиваться в данный процесс и оказывать на него влияние.

Преимущества по материалу:

• особенности функционирования и работы 3D-принтера позволяют получить многослойные тепло- и звукоизолированные изделия разнообразного многофункционального назначения. К тому же можно добиться чередования материалов в зависимости от назначения, места и области применения изделия (строения);
• возможность использования в процессе производства различных материалов, как уже имеющиеся, так и перспективных. Вышеприведенная технологическая особенность обеспечивается за счет сменности навесного оборудования (экструдеров) и перенастройки агрегатированной техники;
• при производстве изделий, применяемых в дальнейшем в процессе строительства зданий и сооружений, на этапе проектирования и разработки 3D-модели здания, могут быть сразу созданы каналы для различных коммуникаций – электропроводки, вентиляции, систем водоснабжения, отопления и пр.;
• схема возведения зданий методом 3D-печати позволяет гарантировать максимальную эффективность в использовании строительных материалов, исключая их порчу, хищение, а также расточительство в использовании ввиду наличия систем автоматической подготовки и подачи печатного материала к печатающей головке. Помимо этого, регулирование толщины стен по высоте здания позволит снизить затраты печатного материала;
• технология 3D-печати исключает появление на стройплощадке мусора, что оказывает хорошее влияние на экологию и окружающую среду, а также уменьшает издержки, связанные с перемещением, складированием и вывозом строительного мусора.

Заключение. Анализ исследований в рассматриваемой области показал недостаточно изученный вопрос о поведении данных видов конструкций при воздействии на них нагрузок различного характера. До настоящего времени нет такой обобщающей научной работы, которая давала бы целостную картину работы напечатанного малоэтажного жилища в Узбекистане с выявлением тенденций ее развития. Несмотря на все преимущества по сравнению с традиционными методами строительства, на сегодняшний день 3D-строительство не может быть лидирующим в качестве ведущего, способного заменить многие традиционные технологии строительства зданий и сооружений. Потенциал данной технологии ограничивается отсутствием широкомасштабной реализации, развитием моделирования информации о зданиях, требованиями массовой застройки и стоимостью жизненного цикла печатных проектов. Поэтому ожидается, что в целях расширения применимости трехмерной печати в строительной отрасли будут проводиться дальнейшие интенсивные исследования в этих областях.

Список литературы:

1. 3D-принтер в строительстве малоэтажных домов / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.helpbeton.ru.
2. О развитии технологий строительной печати / М.Ю. Елистраткин, В.С. Лесовик, Н.И. Алфимова, Е.С. Глаголев // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2018. – № 5.
3. Первый опыт печати зданий на 3D-принтере. Компания «Novaprint».
4. Перспективы применения 3D-печати в строительстве до 2021 года / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: gearmix.ru.