Дома на 3d принтере: разбираемся реально ли это

Особенности технологии

Строительство домов с помощью 3D принтера стало реальностью благодаря калифорнийскому профессору Бероху Хошневису – изобретателю технологии Contour Crafting. Главным элементом инновации стал установленный на подвижной платформе экструдер, обеспечивающий послойное наращивание создаваемого объекта. Экструзия контролируется компьютером и производится согласно предварительно созданной трехмерной модели.

Процесс не нуждается в длительной и трудоемкой подготовке. Площадка расчищается и выравнивается с помощью стандартной техники, после чего на ней располагается 3D-принтер. Быстротвердеющая строительная смесь под давлением подается на головку принтера, откуда из сопла равномерно распределяется по рабочей поверхности. Строительные принтеры 3D-Shape в качестве расходного материала используют порошок, который после наслоения связывается, образуя монолитную конструкцию.

В 3D строительстве применяются вращающиеся и дельта-принтеры. Разнообразие бетонных смесей обеспечивает печать элементов различной сложности и размеров. С их помощью создаются декорации, малые архитектурные формы, здания, мосты и пр.

Мелкозернистая строительная смесь, используемая в принтерах, отличается от обыкновенного бетона. У каждой компании, осваивающей 3д строительство, расходный материал изготавливается по собственной рецептуре, которая зависит от особенностей оборудования и специфики возводимого объекта. Отдельным ноу-хау являются пластификаторы, благодаря которой увеличивается подвижность цемента, снижается содержание воды и увеличивается прочность.

Преимущества в сравнении с кирпичным и блочным строительством

По сравнению с традиционным возведением зданий 3D строительство обладает следующими преимуществами:

• На постройку дома с отделкой и коммуникациями требуется средств не больше, чем на аналогичное по площади здание из бруса без внутренних работ. При этом с развитием 3Д-технологий прослеживается тенденция к уменьшению стоимости их применения.
• При возведении 3D-печатного объекта задействовано гораздо меньше людей, чем на традиционных стройплощадках. После подготовительных работ в управлении и обслуживании техники участвуют 1–3 человека. В человеко-часах разрыв между обычным и 3д-строительством достигает 50–80%.
• При подготовленном фундаменте возведение стен по 3D-технологии занимает несколько суток. Основное время затрачивается на установку крыши, отделку и проведение коммуникаций. На сдачу в эксплуатацию быстровозводимых каркасно-щитовых домов уходит не менее месяца.
• Строительный мусор и загромождение окружающей территории – проблема любой стройплощадки. При работе 3д принтера отходы сводятся к минимуму, а некоторые из них после переработки вновь пускаются в дело.
• Благодаря технологии сокращаются затраты на возведение объектов с уникальной архитектурой. При этом сложность создаваемых геометрических форм не отражается на скорости процесса.

Достоинства стройки по объемной технологии относительно стандартному процессу представлены в таблице №1.

Таб. №1

Возведение домов с помощью 3D принтера более целесообразно из экономических соображений. При строительстве отпадает надобность в некоторых материалах и процессах, уменьшаются затраты на логистику и пр.

Печать домов на 3D-принтере

Необычный дом был построен компанией Saint-Gobain Weber Beamix недалеко от голландского города Эйндховен. По словам главы компании Баса Хьюисманса (Bas Huysmans), это напечатанное на 3D-принтере жилище отличается от всех остальных тем, что на 100% разрешен властями и уже сдан в аренду. Строительство должно было завершиться еще в 2019 году, однако компания заметила проблемы в структуре стен, из-за чего событие было отложено на неопределенный срок. Но теперь дом полностью готов в жилью и пустовал он недолго.

Важно отметить, что напечатанные на 3D-принтере жилые дома есть и в России. На фотографии показано жилище, напечатанное в 2017 году на территории Ярославля. Жилье арендовала супружеская пара, состоящая из 67-летнего Харри Деккерса и 70-летней Элизы Лутц

Вместо ключа от входной двери они получили доступ к мобильному приложению, который позволяет войти в дом нажатием всего лишь одной кнопки. По словам Харри Деккерса, жилище чем-то напоминает бункер и внутри он чувствует себя в полной безопасности. На фотографиях ниже вы можете увидеть первых жителей дома на фоне весьма аккуратного интерьера — кажется, жаловаться им не на что

Жилье арендовала супружеская пара, состоящая из 67-летнего Харри Деккерса и 70-летней Элизы Лутц. Вместо ключа от входной двери они получили доступ к мобильному приложению, который позволяет войти в дом нажатием всего лишь одной кнопки. По словам Харри Деккерса, жилище чем-то напоминает бункер и внутри он чувствует себя в полной безопасности. На фотографиях ниже вы можете увидеть первых жителей дома на фоне весьма аккуратного интерьера — кажется, жаловаться им не на что.

Харри Деккерс и Элиза Лутц в своем новом доме

Реальные примеры

3D строительство домов — технология хоть и новая, но уже «обросла» массой конкретных примеров. Например, в Ярославле есть дом, в который заселилась обычная семья. И здание это было построено как раз с помощью 3D оборудования. Это первый дом в СНГ и Европе, возведенный таким способом. Строили его в 2015 году — принтер создал части коробки, которые были смонтированы всего за месяц на уже подготовленном фундаменте. И это — в декабре месяце. В 2017 году закончились работы по строительству кровли. Этот дом — не желание показать возможности 3D строительства, а самое настоящее жилое здание.

3D дом в Ярославле

Ранее в 2014 году в Китае были также представлены 10 домов, созданных на 3D принтере. Они расположены в промышленном парке провинции Цзянсу. Стоимость каждого строения — больше 3000  фунтов стерлингов. Это было начало технологии развития 3D строительства. Затем компания, построившая дома, усовершенствовала методику и создала более высокие здания.

3Dдом в Китае

В том же году в США сделали отпечаток замка. Его изготовили за 2 месяца. Замок невелик, но смотрится очень красиво. Размеры его основной части — 3Х5Х3,5 м. А башенки печатались отдельно.

Мини-замок в США, созданный на 3D принтере

В 2015 году в Филиппинах построили целые апартаменты при помощи новой технологии. Размеры — 10,5Х12,5Х3 м. Для создания этого строения использовали вулканический пепел и песок.

Дом из песка и вулканического пепла в Филиппинах

А во Франции в 2018 году создали целый пятикомнатный дом, площадь которого составляет 95 квадратов. Строил его манипулятор с экструдером для монтажной пены. Ее и использовали как основу. После нескольких слоев пены строители заливали созданную часть бетоном и так делали, пока не построили весь дом.

3D дом во Франции

Технология 3D строительства удобна и практична, все работы выполняются машинами и компьютерами. Пока неизвестно, к чему все это приведет, но сама по себе методика достаточно интересна. Возможно, в будущем благодаря ей мы будем строить здания намного быстрее.

Достоинства и недостатки

Как и у любой технологии, у способа контурного строительства тоже есть свои плюсы и минусы. Как бы заманчиво не выглядело строительство дома без участия человека, пока что оно все же не может быть использовано повсеместно. Разберем сначала достоинства, а потом и недостатки этой технологии.

Достоинства:

• масса новых возможностей;
• быстрота процесса строительства;
• автоматизированность;
• экономичность;
• отсутствие отходов стройматериалов;
• нет перерасхода стройматериалов;
• минимум человеческого труда;
• исключение воздействия человеческого фактора.

Дом в США, созданный на 3D принтере

Недостатки:

• пока что очень высокая стоимость работ;
• возможность строить только каркас дома, а не весь дом;
• неказистый внешний вид;
• нет сертификации.

Лучшие 3D-принтеры для дома: рейтинг 2020

В нашей подборке «3d принтеры 2020 лучший выбор» представлены 6 лучших 3D-принтеров для домашнего использования в творчестве и для создания необходимых деталей. В ней мы собрали бюджетные модели и аппараты подороже с дополнительным оснащением и функциями.

Принтер XYZprinting Da Vinci miniMaker интересен, прежде всего, тем, что продается в собранном виде и имеет относительно компактные размеры. Габариты 550x390x470 мм вполне приемлемые даже для небольших комнат, хотя многие пользователи предпочитают на время длительной печати устанавливать устройство на кухне. Любой принтер издает характерные жужжащие звуки в процессе работы, а сама печать может длиться многие часы.

Вес устройства составляет около 11 кг, что позволяет без проблем переносить его с места на место. Все нагревающиеся поверхности скрыты, а значит никто случайно не обожжётся и не помешает работе принтера. Ширина рабочего пространства ограничена 150 мм, что немного, но для начинающих вполне достаточно. Тем более, что габаритные детали требуют тщательной подготовки, особого пластика и выверенного метода печати, чтобы избежать коробления конструкции детали и ее отслоения. Из минусов конструкции стоит отметить стол без подогрева, который, впрочем, можно самостоятельно заменить на подогреваемый.

2. Creality 3D Ender-3X

Модель Creality 3D Ender-3X. По стоимости она ощутимо дешевле da Vinchi – всего около 13000 рублей. Еще одним достоинством будет низкая шумность работы. Эта модель приходит в разобранном виде. Сборка не доставит хлопот тем, кто знаком с техникой. На прилагаемой флешке имеется видео-инструкция, в которой процесс сборки показан наглядно.

В комплекте идет небольшой моток пластика, которого может не хватит даже на тестовый образец. Поэтому сразу стоит подумать о расходных материалах.

3. Anet A8 Desktop

Этот принтер имеет лучшее соотношение цена/качество, в связи с чем пользуется высокой популярностью у домашних энтузиастов и просто школьников, благо область печати достаточно большая — 220х240 мм. Принтер оснащен с автоматически калибруемой акриловой рамой и одной печатающей головкой. Выполнять печать можно с точностью до 0,1 мм. Удобно, что устройство имеет подогреваемый стол, что расширяет возможности использования различных высокотемпературных пластиков.

К применению рекомендованы ABS, Nylon, PLA, Wood, PP. Принтер поставляется в разобранном виде, поэтому вам придется потратить время на изучение инструкции по сборке и калибровке устройства. Конструкция предусматривает различные улучшения и расширения. К нему есть в наличии широкий спектр оригинальных запасных деталей и их аналогов. Он неприхотлив в эксплуатации и обслуживании. Акриловая рама имеет не высокую жесткость, что следует учесть при печати деталей для сложной сборки. Для бытовых потребностей принтер обеспечивает широкие возможности.

Принтер легко собирается и настраивается, а главное работает сразу «из коробки». Удобно, что есть возможность установить дополнительную печатающую головку и печатать разноцветные изделия.

5. Anycubic 4Max Pro

Главным отличием данного принтера является его закрытая конструкция, что позволяет обеспечивать постоянный температурный режим в области печати. Жесткая рама и отличная сбалансированная система перемещения головки печати дает отличные результаты в точности создаваемых деталей. Вместе с тем, размеры рабочей зоны здесь невелики — 205х205 мм. Примечательно, что подогреваемый рабочий стол и максимальная температура экструдера 260°C дает возможность использовать высокотемпературые пластики, срок службы которых гораздо дольше обычных.

Точность печати в данном аппарате также на высоте — 0.0125 мм, а это значит возможность создания мелких деталей на очень высоком уровне качества поверхности. Но и скорость печати при этом существенно падает.

Этот 3D-принтер уже относится к профессиональной категории, но все же для домашнего использования. Он имеет закрытый со всех сторон корпус, что значительно повышает качество печати ABS пластиком. Направляющие стержни большого диаметра, наличие обдува, а также двух экструдеров, модернизированная система калибровки стола и надежное программное обеспечение — все это обеспечит бесперебойную работу устройства в ежедневном режиме.

Рабочая область достаточно большая — 227×148 мм, но все же не позволяющая создавать объемные детали. Да и минимальный диаметр сопла здесь всего лишь до 0,4 мм, что не позволит обеспечить идеально гладкую поверхность модели.

Лучшие 3д принтеры

Безусловным лидером рынка производителей оборудования для строительной 3d-печати является Китай. Самая известная компания — шанхайская Shanghai WinSun. Они производят знаменитый принтер WinSun. Его габариты весьма внушительны: длина 150 метров, высота — 6 метров, а ширина — 10. Его мощность позволяет за 4-5 часов изготовить шестиэтажный дом. Материал для печати — смесь цемента, стали и стекла.

Российская компания «Спецавиа» использует аппараты собственной разработки. Самый известный из них — 3d-принтер S-1160. Преимуществом модели является возможность использовать разные строительные смеси: как специальные, так и самые дешёвые. Аппарат используют для печати модулей для будущего здания и малых архитектурных форм (лавочек, скамеек, беседок). Максимальная площадь здания, построенного из модулей, изготовленных на S-1160, составляет 280 квадратных метров.

Среди европейских принтеров можно назвать нидерландский аппарат 3D ProTo R 3Dp от производителя CyBe Additive Industries. Использует специальную бетонную смесь, состав которой производители держат в секрете. Печатает детали толщиной до 3 сантиметров. Также стоит отметить европейские модели Batiprint3D (Франция), BetAbram P1- P3 (Словения).Производители из США уже запатентовали 3d-принтер, способный печатать не сборные модули, а полноценные здания. При этом он не выбрасывают никаких отходов и использует солнечную энергию.

Стоимость 3д принтера для печати домов

В настоящее время 3d-принтер, способный печатать детали для жилых домов, остаётся эксклюзивным и дорогим аппаратом. Его средняя стоимость начинается от 1 миллиона рублей. Но эта самая минимальная цена. Например, за проверенные и хорошо себя зарекомендовавшие себя отечественные аппараты «Спецавиа» придётся заплатить не менее 2 миллионов рублей.

Над развитием технологии строительной печати работают учёные по всему миру

Высокая стоимость обоснована сложностью технологического оборудования и его инновационным характером. Также стоит заметить, что на любую другую строительную технику придётся потратить не меньше, а окупаться она будет значительно дольше. Вернуть все вложения в 3d-строительство получится уже после сдачи 1-2 домов. Этот срок будет равен 3-4 месяцам.

Что происходит

• В начале мая 2021 года четвертый в мире и первый в ЕС жилой дом, полностью напечатанный на 3D-принтере, принял своих жильцов. Это первый из пяти домов который компания Saint-Gobain Weber Beamix в рамках проекта Milestone планирует возвести на участке земли у канала Беатрикс, в пригороде Эйндховена.

  Репортаж YouTube-канала «РБК Тренды» о доме проекта Milestone

• Технология 3D-печати уже применялась в Европе для строительства отдельных конструкций зданий, однако в Нидерландах построили первый жилой дом, полностью напечатанный на 3D-принтере.
• Первыми арендаторами дома стала супружеская пара из Амстердама — 70-летняя Элиза Лутц и 67-летний Харри Деккерс.
• Дом площадью 94 кв. м сконструирован в форме неправильного валуна и состоит из 24 отдельных бетонных элементов, напечатанных на заводе в Эйндховене, которые были привезены на стройплощадку и установлены на фундамент. Затем в доме были поставлены оконные рамы, положена крыша и нанесены последние штрихи.
• Для печати была использована огромная роботизированная «рука» с соплом, которое впрыскивает специально разработанный цемент, имеющий текстуру взбитых сливок. Цемент печатается по проекту архитектора, добавляя слой за слоем для создания стены и увеличения ее прочности. Весь процесс печати занял 120 часов или пятеро суток.
• Форма неправильного валуна была выбрана неспроста — так строители хотели усложнить задачу и проверить способности 3D-принтера. Проверка прошла успешно, — теперь компания готова печатать дома сложной формы по желанию клиента.
• Месячная аренда дома составляет €800 (чуть больше ₽70 тыс.), что вдвое меньше рыночной арендной платы за подобную недвижимость.

Виды принтеров для архитектурных работ

Используемые в строительстве принтеры представлены следующими видами:

Портальные (XYZ). Представлены рамой с подвижной головкой экструдера. Устройство подачи смеси перемещается по осям XYZ. Высокая точность экструзии обеспечивается шаговыми двигателями. Основное применение оборудование находит при печати отдельных частей зданий и возведении стен, при условии расположения портального принтера внутри строящегося здания. Если площадь объекта соответствует арке экструдера, он сразу печатается целиком.

Дельтовидные. В отличие от портальных установок, головка дельта-принтера может совершать более сложные перемещения, что выражается в создании сложных геометрических фигур. Для фиксации и движения головки используются гибкие рычаги.

Роботизированные. Представлены роботами в виде промышленных манипуляторов, которые снабжены экструдерами. Управляются с помощью компьютера. Располагаются в центре площадки, откуда рука-манипулятор доставляет смесь на требуемый участок.

D-Shape. Относятся к отдельному классу строительного 3Д-оборудования. Вместо раствора здесь используется специальный порошок, который после укладки и уплотнения подвергается пропитке связывающим веществом, подаваемым тем же экструдером.

Видео обзоры с реальной работой принтеров

Среди используемых строительных 3Д принтеров наибольшую известность приобрело оборудование китайских, американских и голландских производителей. Особенности и возможности каждого из них можно узнать из соответствующих видео обзоров.

WinSun (КНР). Лидер среди 3Д принтеров. Габариты оборудования по длине, ширине и высоте соответствуют 150Х10Х6 метров. При печати может использовать строительные отходы, представленные стеклом, сталью, цементом. Дебютировал в 2014 году при возведении десяти жилых домов. По сравнению с традиционным строительством WinSun уменьшает трудозатраты на 80%, расход материалов на 60%, а возводимые объекты обходятся вдвое дешевле. Видео:

Китайская компания Winsun напечатала первую пятиэтажку на 3D принтере

Watch this video on YouTube

Apis Cor (США/Россия). Американская компания прославилась созданием робота-манипулятора, который одинаково хорошо зарекомендовал при внутренних и наружных работах. Оборудование отличается компактностью и мобильностью, а также автоматической системой стабилизации. На установку и запуск принтера уходит не более 30 минут. Эффективен при создании сложных архитектурных форм. Видео:

ЯБ2016 Строительный 3d принтер APIS COR

Watch this video on YouTube

ProTo R 3Dp (Нидерланды). Детище голландской компании CyBe Additive Industries. Отлично справляется с созданием сложных геометрических форм. В качестве расходного материала использует оригинальный раствор CyBe MORTAR, отвердевающий за несколько минут и готовый к вторичной переработке. Выделяется высокой скоростью и экологичностью процесса. Видео:

Как работает CyBe RC 3Dp

Watch this video on YouTube

Не менее интересные проекты представлены французским принтером Batiprint3D, американским DCP и словенским BetAbram.

Причины не дающие заменить панельное строительство домов

Несмотря на ускоренное развитие 3Д строительства, ближайшее время панельные дома, как бюджетный вариант жилья, не утратят актуальности. Не слишком уступая по скорости возведения, панельное строительство независимо от погодных условий. Напечатанный дом требует установки перекрытий. Панельный сразу разделен на комнаты. Кроме этого, аддитивное оборудование по карману далеко не каждой строительной компании.

Явные недостатки любого принтера при масштабном внедрении в постройку домов

Недостатки строительных 3D обосновываются:

• высокой стоимостью;
• чувствительностью к условиям окружающей среды;
• отсутствием единых стандартов.

При возведении жилого дома с помощью 3Д моделирования, необходимо быть готовым к собственноручной прокладке коммуникаций, а также выравниванию и отделке стен.

Виды 3Д-принтеров для строительства дома

Как мы уже замечали выше, тип 3D-принтера напрямую зависит от типа и модификации здания. Которое он возводит. От этого зависит и размер самого принтера, объем бетономешалки, а также сопла, который подает строительную смесь.

Вариации конструкций строительных 3D-принтеров

Впервые дома по данной технологии стали массово возводить в Шанхае. Одна из первых 3D-машин, поразившей своими размахами и размером стал принтер WinSun. Длина рабочей зоны составляла 150 метров, а ширина 10. Такой принтер способен за несколько дней напечатать здание высотой 6 метров.

Дом, напечатанный чудо-принтером

Интересно, что в качестве технологической изюминки китайские инженеры использовали специальное стекловолокно, которое, с одной стороны, удешевляло строительные работы, а с другой – делало бетонную смесь менее теплопроводной. Тестовые образцы позволили компании сэкономить половину бюджета на возведение дома по новой технологии.

Европейские же инженеры, к примеру, голландские предпочитают печатать не собственно дома, а строительные материалы, с помощью которых эти дома можно возводить, считая (в чем-то справедливо), что более качественно работа будет сделана всё-таки человеческими руками и головой.

Идеи для бизнеса на 3D-принтере

Технология 3D-печати имеет огромное количество применений. Существует множество идей для создания бизнеса на этой основе. Вот список самых интересных и прибыльных идей:

• Изготовление уникальной продукции.
• Создание прототипов для промышленного производства.
• Производство шоколадных изделий.
• Изготовление 3D-копий людей.
• Печать 3D-копий музейных экспонатов.
• Печать домов.
• Создание архитектурных макетов.
• Производство элайнеров для стоматологических клиник.
• Производство формочек для печенья/пряников.
• Открытие Центра Аддитивных Технологий (ЦАТ).
• Производство элементов одежды.
• Производство протезов под заказ.
• Изготовление 3D-карт.
• Открытие школы 3D-печати.
• Производство 3D рекламной продукции.
• Изготовление ювелирной продукции.

Apis Cor, Америка

В прошедшем году реализован проект в Подмосковье — городе Ступино, над которыми работало шесть компаний России и штатовский стартап Apis Cor. Основал ее Никита Чен-Юн-Тай – уроженец России и разработчик данного оборудования.

Чтобы напечатать внутренние перегородки, несущие стены и ограждения, потребовались сутки. Извлекали принтер, используя кран -манипулятор. Слои наращивали, применив аддитивную технологию. В практике России этот дом впервые не собирали из напечатанных деталей, а создавали как целостную конструкцию.

Видео:

Видео: 3Д принтер строительный

Дом по форме достаточно сложный. Выбрали его таковым, чтобы можно было показать возможности инновационного устройства. К этому добавим, что строили его в наиболее холодные месяцы, когда температура опускалась ниже 30 градусов, хотя использовать смесь бетона допускается при нижнем пределе +5 по Цельсию.

Принтер, который помог реализовать проект, по конструкции напоминает небольшой башенный кран, имеющий возможность внутренней и внешней печати здания.

Обошлось отпечатанное здание «под ключ» в 593568 рублей, т.е. стоимость одного метра квадратного составила 16 тысяч рублей. И это при том, что форма сооружения сложная. При простой, например, прямоугольной конфигурации, цена могла бы быть тринадцать тысяч рублей.

Преимущества конструкции:

• Подача и смешивание автоматические;
• Быстрая настройка – до 30 минут. Не требуется готовить площадку. Мусор после приготовления на строительной площадке не остается, поскольку производство является безотходным;
• Широкий выбор конфигурации стен и их толщины
• Прослойка воздуха, образующаяся в камерах стен, позволяет лучше сохранять тепло;
• Погода не оказывает влияния на постройки благодаря специальным материалам, добавляемым в смесь;
• Ниже намного стоимость в сравнении с бетонными аналогами, изготавливаемыми по классической технологи;
• Возможность уплотнения желаемым материалом.

Технические параметры:

• свое обеспечение программное;
• обслуживается 2 работниками;
• площадь — 132 м2;
• используемый материал –геополимер или фибробетон;
• размеры – 4х1,6х1,5 метра;
• все принтера- 2000 кг;
• энергопотребление-8кВт/ч;
• высота, на которую происходит подъем, — 3100 мм;
• суточная производительность в м2 – 100;
• скорость рабочая и холостого хода в минуту– до 10 и 20 мм;
• позиционирование и повтор – соответственно ±0,5 мм и 0,1-0,2мм;
• по всем осям (X, Y, Z) — сервопривод;
• по Х и Y направляющие – профильные прецизионные;
• точность по Z – 0,1-0,2 мм;
• стабилизация горизонтальная автоматическая – инклинометр высокой точности 0.0001 градус;
• выключатели – бесконтактные по всем осям;
• пространственное расположение головки печатающей отслеживается дальномером лазерным и гироскопом;
• пространственная стабилизация – регулятор ПИД.

Инвестиции и окупаемость

Приобретение печатного устройства и материалов обойдется примерно в 35 тысяч долларов. Еще не менее пяти тыс. долл. потребуется на зарплату рабочим и работы по завершению строительства после возведения бетонных конструкций.

При строительстве коттеджей и дачных домов себестоимостью до 10 тысяч долларов (срок строительства от двух до трех месяцев) и их продаже за 17-18 тысяч долл. чистая прибыль составит порядка трёх-четырёх тысяч долларов в месяц, с одного построенного дома.

Срок окупаемости бизнеса – до полутора лет.

Как видите, печать домов может быть очень выгодным бизнесом, тем более, что сегодня конкуренция в этой сфере все еще достаточно невысока.