„Budowanie przyszłości: Odkrywanie potencjału druku 3D w budownictwie”
Wytwarzanie trójwymiarowych, solidnych produktów z pliku cyfrowego wspomaganego komputerowo jest znane jako druk 3D, zwany również wytwarzaniem przyrostowym.
Początkowo termin „druk 3D” odnosił się do procesu osadzania warstw po warstwach materiału wiążącego na łożu proszkowym za pomocą głowic drukarek atramentowych. Jednak definicja ta obejmuje obecnie szerszy zakres procesów wytwarzania przyrostowego, w tym selektywne topienie laserowe i wytwarzanie przyrostowe wiązką elektronów.
Już na początku lat 80. japoński wynalazca Hideo Kodama opracował dwie techniki przyrostowe do tworzenia trójwymiarowych modeli z tworzyw sztucznych, co dało początek idei wytwarzania przyrostowego. Tworzył on konstrukcje drukowane w 3D przy użyciu polimeru termoutwardzalnego utwardzanego światłem.
Uzyskaj dostęp do przykładowego raportu (w tym wykresów, tabel i rysunków): https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
Czym są drukarki 3D?
Mówiąc najprościej, drukarki 3D wykorzystują CAD (Computer Aided Design), który jest zasilany technologią 3D, do wytwarzania przedmiotów 3D z różnych materiałów, w tym stopionego plastiku, proszku i betonu. Dom drukowany w 3D można stworzyć za pomocą różnych drukarek 3D, o rozmiarach i konstrukcjach od małych modeli budynków, które mieszczą się na blacie stołu. Drukarki 3D dzielą się na trzy podstawowe kategorie i wszystkie działają nieco inaczej.
Rodzaje drukarek 3D
· Stereolitograficzne (drukarki SLA) – Drukarki 3D, które wykorzystują technologię stereolitografii (SLA), mogą zamieniać płynną żywicę w plastik.
· Selektywne spiekanie laserowe (drukarki SLS) – Drukarki SLS (selektywne spiekanie laserowe): Drukarki te spiekają cząsteczki proszku polimerowego w solidne konstrukcje za pomocą lasera.
· Modelowanie osadzania topionego materiału (drukarki FDM) – Drukarki te tworzą warstwowe przedmioty, uwalniając stopione włókna termoplastyczne przez ogrzewaną dyszę. Podejście do konstrukcji 3D to miejsce, w którym drukarki te są najczęściej stosowane.
Jak druk 3D ma zastosowanie w branży budowlanej?
Od lat 80. podnoszono wiele pytań na temat technologii druku 3D. Jednak postęp samej metody, która umożliwia budowę trójwymiarowych obiektów poprzez nakładanie kolejnych warstw materiału, nadał jej większe znaczenie. Ta metoda budowania jest bardzo elastyczna i może być stosowana do budowy określonych elementów projektu, jak również różnorodnych złożonych konstrukcji w całości, w tym domów lub przestrzeni mieszkalnych, biur, mostów, ścian, konstrukcji modułowych, form wzmacniających, kolumn, mebli miejskich, a nawet elementów dekoracyjnych.
Znaczna część wiedzy wymaganej do wdrożenia tej technologii w budownictwie pochodzi z fazy projektowania. Integracja technologii druku 3D jest mniej skomplikowana, ponieważ sektor ten posiada już doświadczenie w zakresie wytwarzania wspomaganego komputerowo, a BIM (Building Information Modeling) rozwija się w branży budowlanej. Drukarka 3D pobiera niezbędne informacje z programu CAD lub BIM, a maszyny zaczynają nakładać poziomy materiału zgodnie z sygnałami. Można to zrobić przy użyciu różnych materiałów, z których najpopularniejszym jest mieszanka piasku, włókna, geo polimerów i betonu.
Według badania przeprowadzonego przez Research and Markets, druk 3D rozwinął się w tak pozytywny sposób w ciągu ostatnich dziesięciu lat, że jego wartość rynkowa w branży budowlanej ma osiągnąć 1 034 096,7 tys. USD do 2028 roku. Zwiększa to jego złożoną roczną stopę wzrostu z 2021 do 2028 roku o 91,5%.
Druk 3D w budownictwie na całym świecie
Budownictwo i lepsza infrastruktura stają się coraz bardziej pożądane, szczególnie w dużych miastach. W porównaniu z 1800 rokiem, kiedy tylko 3% ludności mieszkało w miastach, do 1900 roku w miastach mieszkało o 15% więcej osób. Do 2050 roku Światowe Forum Ekonomiczne przewiduje, że dwie trzecie światowej populacji będzie mieszkać w dużych miastach, w porównaniu z obecnym udziałem wynoszącym 55%.
Liczne inicjatywy rządowe, które wspierają wykorzystanie druku 3D, są obecnie budowane na skalę globalną. Dubaj, gdzie 25% budynków ma być tworzonych za pomocą technologii druku 3D do 2030 roku, jest jednym z miast, które decydują się przewodzić w tym wyścigu.
Załącznik 1
Załącznik 2
Dostępne technologie druku 3D w budownictwie
Wytłaczarki z ramieniem robotycznym
Wytłaczarki z ramieniem robotycznym są popularne wśród technologii druku 3D dostępnych obecnie na rynku. Technika ta nazywana jest konturowaniem. Działa podobnie do stacjonarnej drukarki 3D FDM. Szyny są ustawione w taki sposób, że ramię robotyczne może przechodzić przez nie warstwa po warstwie, wytłaczając beton wychodzący z dyszy. Ta metoda drukowania XL w 3D jest najpopularniejsza.
Druk 3D z piasku
Przemysłowe procesy druku 3D, takie jak SLS (Selective Laser Sintering) i Jet Fusion, są porównywalne z opisaną tutaj procedurą 3D. Włoski architekt Enrico Dini jako pierwszy przetestował go za pomocą swojej drukarki 3D D-Shape. Przed utrwaleniem kształtu konstrukcji za pomocą spoiwa, maszyna pokrywa powierzchnię piaskiem w proszku. Jest to porównywalne z działaniem metalowej drukarki 3D.
Technologia metalowa
WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) została opracowana przez holenderski startup MX3D dla mocniej obciążonych konstrukcji, takich jak mosty. Firma połączyła robota przemysłowego i spawarkę, a rezultatem była drukarka 3D, która działała na oprogramowaniu specjalnie stworzonym do tego zadania. Robot ma konfigurację 6-osiową do drukowania 3D konstrukcji metalowych.
Korzyści z druku 3D dla budownictwa
· Zwiększona elastyczność projektowania – Tworzenie złożonych projektów jest znaczącym wyzwaniem architektonicznym, któremu może sprostać druk 3D. Programy komputerowe, które można zaprogramować do wykonywania złożonych i trudnych projektów, są używane przez budowlane drukarki 3D.
· Adaptacja do BIM – BIM Dzięki zastosowaniu technologii 3D modelowanie informacji o budynkach przekształciło projektowanie budynków. Wyświetla obrazy ogromnych budynków i konstrukcji, zanim zostaną one faktycznie zbudowane. Ten przełom można rozwinąć dzięki drukowaniu 3D w budownictwie, integrując się z BIM i realizując złożone projekty z niemal doskonałą dokładnością.
· Ograniczenie błędów ludzkich – Podstawą druku 3D jest wstępnie zaprogramowana zautomatyzowana praca wolna od wpływu człowieka. Eliminuje to zasadniczo błędy powodowane przez ludzi. Ponadto drukarki 3D nie wymagają dużego nadzoru ludzkiego.
· Pomoc w budownictwie ekologicznym – Najpopularniejszy rodzaj budownictwa szybko zmierza w kierunku ekologicznego. Firmy budowlane zaczęły stosować ekologiczne metody budowlane w wyniku rosnącej świadomości zmian klimatycznych. Wykorzystując odrzucone i ponownie wykorzystane materiały budowlane do produkcji konstrukcji drukowanych w 3D, drukarki 3D mogą odgrywać znaczącą rolę w tym przedsięwzięciu.
Wady konstrukcji drukowanych w 3D
· Wysokie zużycie energii – Drukarki 3D zużywają więcej energii elektrycznej niż jakakolwiek inna tradycyjna technika budowlana. Oprócz kosztów środowiskowych związanych z wytwarzaniem energii elektrycznej o tak dużej mocy, zaspokojenie tak dużego zapotrzebowania na energię jest kosztowne.
· Drukarki 3D są drogie – Obecnie wykorzystanie druku 3D nie jest opłacalne ekonomicznie, ponieważ technologia jest wciąż w powijakach. Inwestycja początkowa wymagana do uruchomienia zakładu druku 3D do budowy konstrukcji jest znaczna, a w obecnej konfiguracji jest zbyt kosztowna, aby wdrożyć ją w głównym sektorze budowlanym.
· Niedobór materiałów – Zwykłe materiały budowlane nie mogą być używane z drukarkami 3D. Drukarka 3D wymaga specjalistycznych materiałów, które nie są jeszcze powszechnie stosowane. Ze względu na znaczny wzrost kosztów materiału z powodu niedoboru i drogiej drukarki, nie jest możliwe wykorzystanie go do budowy na dużą skalę.
Wielkość rynku druku 3D w budownictwie
1. Dom rodzinny wydrukowany w 3D w Moskwie
Dom wydrukowany w 3D został zbudowany w Moskwie przez amerykańską firmę technologiczną Apis Cor. Dom ten jest pierwszym tego rodzaju, w którym zastosowano automatyzację w budownictwie mieszkaniowym i jest identyczny z każdą inną konstrukcją betonową. Całkowity koszt budowy wyniósł mniej niż 10 000 USD.
2. Największy na świecie budynek wydrukowany w 3D w Dubaju
Ostatnio w regionie Bliskiego Wschodu, zwłaszcza w ZEA, nastąpił postęp technologiczny. Księga Rekordów Guinnessa potwierdziła już roszczenie Emirates Tower Complex, że jest to największy na świecie budynek wydrukowany w 3D, kontynuując ten trend w druku 3D. Dwupiętrowy budynek, który został zbudowany przez Apis Cor, ma powierzchnię 640 m2 i wysokość 9,5 m.
3. Domy drukowane w 3D w Ameryce Północnej i na Karaibach
Społeczności na całym świecie i organizacje non-profit wykorzystują technologię druku 3D z betonu, aby rozwiązać kryzys związany z przystępnymi cenowo mieszkaniami. Na przykład New Story, organizacja non-profit, zbudowała pierwszy dom wydrukowany w 3D w Meksyku w rekordowym czasie 24 godzin. Od tego czasu firma zbudowała osiedla z 2000 domów, z których wszystkie zostały zbudowane przy użyciu techniki druku 3D.
Przyszłość
Rosnąca liczba projektów na całym świecie pokazuje, że konstrukcje drukowane w 3D mają potencjał, aby stać się rewolucyjną technologią zmieniającą branżę, która rozwiąże kilka problemów nękających obecnie sektor budowlany. Poziom ambicji jest ogromny; na przykład oczekuje się, że 25% nowych konstrukcji w Dubaju zostanie wydrukowanych w 3D do 2030 roku. Ujmując to delikatnie, wykorzystanie druku 3D w sektorze budowlanym ma obiecującą przyszłość.
Podsumowanie
Branża budowlana jest gotowa na innowacje, pomimo faktu, że druk 3D wciąż ma wiele długotrwałych problemów. Tradycyjne metody budowlane mogą być nieefektywne, kosztowne, czasochłonne i szkodliwe dla środowiska. Dzięki dokładności, szybkości i niezawodności druku 3D, inżynierowie budowlani mają wiele możliwości, aby sprostać tym wyzwaniom i być może ułatwić i uczynić bardziej przystępnym projektowanie i budowę nadających się do zamieszkania konstrukcji.
Autor: Sonu Kumar Sah
Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z:
UnivDatos Market Insights
C80B, Sector-8, Noida,
Uttar Pradesh 201301
W przypadku zapytań dotyczących sprzedaży prosimy o kontakt pod adresem [email protected]