Как устроена 3D-печать домов
Раскладка по слоям
Трехмерная печать домов — процесс, который можно условно разделить на два больших этапа. На первом — архитектор и дизайнер готовят цифровую 3D-модель дома со всеми оконными и дверными проемами, лестницами. Затем модель передается инженеру трехмерной печати. Он проверяет ее на корректность — все сопрягающиеся поверхности в модели должны быть соединены между собой — и обрабатывает в специальной программе — слайсере.
Слайсер работает достаточно просто: цифровая модель, как ножом, разрезается на множество горизонтальных слоев. После этого программа генерирует специальный код — G-код. Это набор команд для 3D-принтера, которые рассказывают ему, как печатать объект: сколько выдавить бетона, на какое расстояние и высоту переместить манипулятор и так далее.
Портальный 3D-принтер проекта Icon
Второй этап задействует уже сам 3D-принтер. По сути, это робот. В строительстве они бывают трех видов: портальные, манипуляторы и мобильные. Портальные представляют собой вертикальные опоры, на которых установлены горизонтальные рельсы-направляющие. По ним перемещается печатающая головка, иначе — экструдер. Это устройство, через которое небольшими порциями выдавливается бетон.
Принтеры-манипуляторы — своего рода роботы в виде механической руки, у которой вместо кисти установлен экструдер. Манипулятор устанавливается посреди будущего здания и, выкладывая бетонную смесь слой за слоем, выстраивает его. Мобильный 3D-принтер — гусеничный робот с манипулятором. Он может самостоятельно ездить по строительной площадке, печатая здание. Для точного определения своего положения на площадке робот использует сигналы с маячков, установленных по периметру. Смеси для строительства могут использоваться самые разнообразные: глина, товарный бетон, сухие материалы и даже песок с полимерной смолой, который после застывания образует прочный композит.
В мире и в России
Напечатанный двухэтажный дом в Подмосковье
Один 3D-принтер способен за короткое время и без участия людей построить небольшое здание. Так, в американском городе Палм-Спрингс с помощью трехмерной печати всего за восемь недель был возведен поселок на 96 домов площадью 55,7 кв. м каждый. Для печати использовались древесные опилки и пластик, сделанный из кукурузы. Подобных примеров много: дом Tecla из глины в Италии, проект Icon из 100 бетонных домов в Техасе, Gaia из мусора и глины, тоже в Италии. Крупнейшее напечатанное здание — 641 кв. м — расположено в ОАЭ. Его построила компания с российскими корнями Apis Cor.
К слову, об Apis Cor. В подмосковном Ступино эта фирма в 2017 году возвела дом площадью 37 кв. м. Это один из первых проектов стартапа. Для печати использовался фибробетон. Весь процесс занял 20 часов, а себестоимость строительства — 590 тыс. рублей. Печать провели с помощью 3D-принтера — манипулятора. Поскольку эксперимент проходил зимой, а фибробетон застывает при температуре выше 5 градусов Цельсия, дом возводили под специальным натяжным отапливаемым шатром.
Дом WonderDom в Тульской области
В прошлом году другая компания — «3D-Строй» — в Подмосковье напечатала первый в России двухэтажный дом площадью немногим более 200 кв. м. Строительство, в котором использовался портальный принтер, заняло чуть больше двух месяцев. Напечатанный из бетона дом есть и в Тульской области. Его создала компания WonderDom. Сегодня в России насчитывается пара десятков стартапов, занимающихся разработкой технологии трехмерной печати домов.
Преимущества и недостатки
Технология трехмерной печати уже сейчас способна дать несколько преимуществ. По разным исследованиям, 3D-принтер позволяет снизить себестоимость возведения дома на 10-50%, за счет практически полного отказа от ручного труда и эффективного использования материалов. Само строительство ведется быстрее до 20 раз — дом, который при обычных методах возводился бы год, стало возможно печатать за 20-30 дней.
Кроме того, 3D-принтер — по своей сути робот, а главное достоинство роботов — возможность стандартизировать процессы и минимизировать человеческий фактор. Как следствие, снижается количество брака. Наконец, поскольку экструдер 3D-принтера может свободно перемещаться в пространстве, открываются широкие возможности для дизайна зданий — без необходимости изготавливать сложную опалубку можно печатать дома самых причудливых форм с множеством изогнутых линий.
Напечатанный «Дом Лотоса» в Китае
Однако, пока что технология трехмерной печати домов имеет и несколько серьезных недостатков. Во-первых, существующие материалы не позволяют печатать горизонтальные навесные конструкции — перекрытия, верхние части оконных и дверных проемов. Пока что для них все еще применяется поддерживающая опалубка, которую снимают после застывания смеси. И это само по себе усложняет и удорожает процесс печати. Впрочем, использование смесей на основе полимеров потенциально может решить эту проблему.
Во-вторых, проблемы с логистикой — 3D-принтер необходимо доставить на строительную площадку. Чем она дальше расположена от компании-производителя, тем дороже будет транспортировка. И это одна из причин, почему в отдаленных регионах печать многоэтажных домов большой площади начнется не скоро. Сюда же относится слабая распространенность материалов, которые можно было бы использовать для печати. Если товарный литьевой бетон можно купить в каждом регионе, то густой пластичный фибробетон еще надо поискать.
Поэтому сейчас использование технологии 3D-печати домов выглядит наиболее перспективно только в узких сегментах девелопмента: малоэтажных домов, ИЖС, изготовления отдельных элементов зданий, малых архитектурных форм и экстренного строительства в регионах, пострадавших от стихийных бедствий. Все остальные сферы — все еще в разряде фантастики.
Частичная готовность
При этом нужно отметить, что частично строительная отрасль к трехмерной печати готова. Дело в том, что многие компании, в том числе и Группа Родина, уже активно используют в своей работе технологии информационного моделирования — ТИМ, BIM. Такие технологии, например, применяются и в части согласования проектной документации, и в части 3D-моделирования зданий. Подробные цифровые двойники домов, включая и все их инженерные системы, можно использовать в печати. Преобразовать их в модели, понятные 3D-принтеру, процесс хотя и сложный, но вполне реальный. К слову, информационное моделирование позволяет оптимизировать строительство и снизить затраты — учитываются все цепочки поставки материалов, строительные этапы ведутся по чек листам, анализируется расход бетона, стали, цемента.
Вопрос будущего
«Я уже достаточно подробно рассказал и о том, что такое технология трехмерной печати домов, и где она применима, и какими достоинствами и недостатками она обладает. Осталось упомянуть еще один и самый важный недостаток, который пока не дает 3D-печати получить массовое распространение. Напечатанные дома и методы их создания пока плохо изучены с точки зрения безопасности и долговечности, полномасштабные испытания еще никто не проводил. Поэтому нет и нормативной базы, которая бы установила не только правила печати домов, но и ответственность девелоперов, заказчиков и государственных контролирующих органов. А значит в многоквартирном строительстве 3D-печать появится еще не скоро, если не говорить о создании отдельных элементов: перил, декоративных заборов, скамеек или чаш для фонтанов — элементов не самых ответственных, скорее эстетических», – считает генеральный директор Группы Родина Андрей Сафронюк.
Модель печатаемой бетонной скамьи
Так что, выходит, трехмерная печать домов — пока еще решение не универсальное и не способное заменить классические технологии строительства. Впрочем, это важный шаг на пути дальнейшей технологизации стройки — а этот тренд Группа Родина безусловно поддерживает. В конце концов, 3D-печать займет свое место в девелопменте, как это когда-то произошло с железобетонным и монолитным строительством. Вопрос лишь в том, чтобы научиться применять новые технологии умно и точечно — для решения конкретных задач с учетом конкретных территориальных контекстов.
