Дома из принтера: рассказываем о технологии 3D-печати
Что может 3D-принтер
Современные строительные 3D-технологии позволяют перемещать печатающую головку так называемого экструдера быстрее метра в секунду. Теоретически один аппарат способен за сутки напечатать около восьми этажей бетонных коробок размером 10 на 10 и на три метра с двухслойной ограждающей конструкцией. Но на практике на скорость строительства влияют многие дополнительные факторы. Есть прямая зависимость скорости возведения и от того, какой объект предстоит сделать. Например, объемную уникальную колонну сложной формы и сечения, которую печатают на заводе, или типовой блок для массового коттеджного строительства.
В последнем случае застройщик может установить оборудование прямо на стройплощадке. «Чернилами» для 3D-принтера служит мелкозернистый бетон, а если более конкретно – модифицированные сухие строительные смеси с заданными технологическими и эксплуатационными свойствами. Для непрерывной печати в некоторых случаях важно, чтобы у материала была повышенная скорость твердения, а при других задачах, наоборот, важно, чтобы материал длительное время сохранял тиксотропность и подвижность, чтобы при укладке верхнего слоя на нижний через длительный промежуток времени между слоями обеспечивалось прочное сцепление. Под конкретные задачи нужен материал с заданной прочностью, плотностью, теплопроводностью и долговечностью. Разработкой этих пропорций с 2016 года занимаются на базе лабораторий НИИ СМиТ НИУ МГСУ. Первый в России объект, напечатанный на строительной площадке по технологии строительной 3D-печати, был сделан иркутской компанией Apis Cor с применением материала, разработанного в университете.
Вклад университета
После серии длительных исследований, проведенных на базе МГСУ, создали экспертную базу, позволяющую производить материал с заданными свойствами под любую конкретную задачу. C учетом тестов и испытаний в среднем для этого требуется два-три месяца. Важно, что в разрабатываемую рецептуру будет входить только местное сырье, выпускаемое на российских предприятиях, производящих сухие строительные смеси. Сейчас в стране более 300 таких производителей, практически вся их номенклатура учтена при проведении исследовательских работ.
За период исследований коллектив реализовал десятки кейсов, связанных с аддитивным строительным производством. Команде университетских исследователей посчастливилось работать с международными и российскими командами. И каждый раз это были реальные практические задачи – от печати в зимних условиях до работы в пустыне, от создания мобильных комплексов до материалов на основе реголитов. Сейчас команда работает над госзаказом Минстроя России. Это серия научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), выполняемых по заказу ФАУ «ФЦС». На базе ведомства создана рабочая группа «Аддитивные технологии в строительстве». Проекты направлены на получение и систематизацию экспериментальных данных, необходимых для формирования нормативно-технической базы РФ.
При помощи 3D-печати получают бетонные конструкции, которые давно применяются в строительстве, методы их проектирования и рассчеты давно известны. Но есть нюансы. «Такие конструкции производят методом послойной экструзии. Метод пришел на смену традиционному формированию в опалубку. Это может приводить к отклонению в ту или иную сторону значений отдельных свойств конструкций от привычных параметров. И понимание особенностей формирования эксплуатационных свойств конструкций, получаемых при помощи новых технологий, очень важно. Этим мы и занимаемся: работаем над определением, систематизацией и ранжированием рисков применения аддитивного строительства в России», – пояснил Алексей Адамцевич.
Работы, проводимые в лаборатории НИИ СМиТ НИУ МГСУ, направлены на изучение прочности, плотности и анизотропии свойств изделий, напечатанных из бетона. В первую очередь анализируется характер разрушений при различных нагрузках. Например, сейчас изучают особенности работы напечатанной несъемной бетонной опалубки различных форм под воздействием гидростатического давления бетонной смеси, а также особенности совместной работы такой напечатанной продукции и монолитного бетона. На основании полученных данных будет разработана дорожная карта развития этой технологии.
В рабочую группу, занимающуюся изучением, одновременно входят как научно-образовательные организации, так и представители Главгосэкспертизы РФ, Российского союза строителей, Союза производителей сухих смесей, проектных и строительных организаций.
