„Budowanie przyszłości: Odkrywanie potencjału druku 3D w budownictwie”
Wytwarzanie trójwymiarowych 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 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.
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 wykresy, diagramy i rysunki): 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 elementów 3D z różnych materiałów, w tym stopionego plastiku, proszku i betonu. Dom drukowany w 3D może być stworzony przy użyciu różnych drukarek 3D, o różnych rozmiarach i konstrukcjach, od małych modeli budynków, które mieszczą się na stole. 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 przekształcać płynną żywicę w plastik.
· Selektywne spiekanie laserowe (drukarki SLS) – Drukarki SLS (selektywne spiekanie laserowe): Drukarki te spiekają cząsteczki proszku polimerowego w lite struktury za pomocą lasera.
· Modelowanie osadzania topionego materiału (drukarki FDM) – Drukarki te tworzą warstwowe obiekty, uwalniając stopione włókna termoplastyczne przez podgrzewaną dyszę. Metoda budowy 3D jest tam, gdzie te drukarki są najczęściej używane.
Jak druk 3D ma zastosowanie w branży budowlanej?
Od lat 80. podnoszono kilka kwestii dotyczących technologii druku 3D. Rozwój samej metody, która umożliwia budowanie trójwymiarowych obiektów poprzez nakładanie na siebie kolejnych warstw materiału, nadał jej jednak większe znaczenie. Ta metoda budowania jest bardzo elastyczna i może być wykorzystywana do budowy określonych elementów projektu, a także różnorodnych złożonych konstrukcji w całości, w tym domów lub przestrzeni życiowych, 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 produkcji wspomaganej komputerowo, a BIM (Building Information Modeling) rozwija się w branży budowlanej. Drukarka 3D uzyskuje 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, geopolimerów i betonu.
Według badania przeprowadzonego przez Research and Markets, druk 3D rozwinął się w tak pozytywny sposób w ciągu ostatnich dziesięciu lat, że przewiduje się, że jego wartość rynkowa w branży budowlanej osiągnie 1 034 096,7 tys. USD do 2028 r. Zwiększa to jego złożoną roczną stopę wzrostu z 2021 r. do 2028 r. o 91,5%.
Druk 3D w budownictwie na świecie
Budownictwo i lepsza infrastruktura stają się coraz bardziej pożądane, szczególnie w dużych miastach. W porównaniu z rokiem 1800, kiedy tylko 3% populacji mieszkało w miastach, do 1900 roku w miastach mieszkało o 15% więcej osób. Światowe Forum Ekonomiczne przewiduje, że do 2050 roku dwie trzecie światowej populacji będzie mieszkać w dużych miastach, w porównaniu z obecnym udziałem 55%.
Na całym świecie realizowanych jest obecnie wiele inicjatyw rządowych, które wspierają wykorzystanie druku 3D. Dubaj, gdzie 25% budynków musi być stworzonych przy użyciu technologii druku 3D do 2030 roku, jest jednym z miast, które postanowiły przewodzić w tym wyścigu.
Wykres 1
Wykres 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 tworzeniem konturów. 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 wydobywający się z dyszy. Ta metoda drukowania budynków XL 3D jest najpopularniejsza.
Druk 3D z piasku
Przemysłowe procesy druku 3D, takie jak SLS (selektywne spiekanie laserowe) i Jet Fusion, są porównywalne z procedurą 3D, która jest tutaj wyjaśniona. Włoski architekt Enrico Dini jako pierwszy przetestował ją na swojej drukarce 3D D-Shape. Przed utrwaleniem kształtu konstrukcji za pomocą spoiwa, maszyna pokrywa powierzchnię sproszkowanym piaskiem. Jest to porównywalne z działaniem drukarki 3D do metalu.
Technologia metalowa
WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) został opracowany przez holenderski startup MX3D dla bardziej obciążonych konstrukcji, takich jak mosty. Firma połączyła robota przemysłowego i spawarkę, a rezultatem była drukarka 3D, która działała na oprogramowaniu stworzonym specjalnie do tego zadania. Robot ma konfigurację 6-osiową do drukowania metalowych konstrukcji 3D.
Zalety druku 3D dla budownictwa
· Zwiększona elastyczność projektowania – Tworzenie złożonych projektów jest znaczącym wyzwaniem architektonicznym, które druk 3D może rozwiązać. Programy komputerowe, które można zaprogramować do realizacji złożonych i trudnych projektów, są wykorzystywane przez drukarki 3D do budowy.
· Dostosowanie do BIM – BIM Dzięki zastosowaniu technologii 3D, modelowanie informacji o budynku przekształciło projektowanie budynków. Wyświetla obrazy ogromnych budynków i konstrukcji, zanim zostaną one faktycznie zbudowane. Ten przełom można przyspieszyć poprzez drukowanie 3D konstrukcji poprzez integrację z BIM i realizację złożonych projektów z niemal doskonałą dokładnością.
· Ograniczenie błędu ludzkiego – Podstawą druku 3D jest wstępnie zaprogramowana, zautomatyzowana praca bez wpływu człowieka. Zasadniczo eliminuje to błędy spowodowane przez ludzi. Ponadto drukarki 3D nie wymagają dużej kontroli ze strony człowieka.
· Wsparcie dla budownictwa ekologicznego – Najpopularniejszy rodzaj budownictwa szybko zmierza w kierunku ekologii. Firmy budowlane zaczęły stosować ekologiczne metody budowlane w wyniku rosnącej świadomości zmian klimatycznych. Dzięki wykorzystaniu odrzuconych i ponownie wykorzystanych materiałów budowlanych 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 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 – Wykorzystanie druku 3D nie jest obecnie ekonomicznie wykonalne, ponieważ technologia ta jest jeszcze w powijakach. Początkowa inwestycja wymagana do uruchomienia zakładu druku 3D do budowy konstrukcji jest znaczna, a w obecnej konfiguracji jest zbyt kosztowna, aby wdrożyć ją w podstawowym sektorze budowlanym.
· Niedobór materiałów – Regularnych materiałów budowlanych nie można wykorzystywać 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 kosztownej drukarki, nie jest możliwe wykorzystanie go do budowy na dużą skalę.
Wielkość rynku druku 3D w budownictwie
1. Rodzinny dom 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 nastąpił postęp technologiczny na Bliskim Wschodzie, zwłaszcza w ZEA. Księga Rekordów Guinnessa zweryfikowała już twierdzenie 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
Światowe społeczności i organizacje non-profit wykorzystują technologię druku 3D w betonie, aby rozwiązać kryzys mieszkaniowy. 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 budowy druku 3D.
Przyszłość
Rosnąca liczba projektów na całym świecie pokazuje, że struktury drukowane w 3D mogą być rewolucyjną technologią, która zmieni branżę i 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. Delikatnie mówiąc, wykorzystanie druku 3D w sektorze budowlanym ma obiecującą przyszłość.
Wniosek
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 budownictwa lądowego mają liczne możliwości, aby sprostać tym wyzwaniom i być może ułatwić i uczynić bardziej przystępnym projektowanie i budowę budynków nadających się do zamieszkania.
Autor: Sonu Kumar Sah
Aby uzyskać więcej szczegółów, skontaktuj się z:
UnivDatos Market Insights
C80B, sektor-8, Noida,
Uttar Pradesh 201301
W przypadku pytań dotyczących sprzedaży, prosimy o kontakt pod adresem [email protected]