“Building the Future: Exploring the Potential of 3D Printing in Construction”
Tworzenie trójwymiarowych, stałych produktów z pliku cyfrowego wspomaganego komputerowo jest znane jako druk 3D, znany również jako wytwarzanie addytywne.
Na początku, termin “druk 3D” odnosi się do procesu nakładania warstw materiału wiążącego na warstwę proszku za pomocą głowic drukujących atramentowych. Jednakże definicja ta obejmuje obecnie szerszy zakres procesów wytwarzania addytywnego, w tym selektywne topienie laserowe i wytwarzanie addytywne wiązką elektronów.
Na początku lat 80. japoński wynalazca Hideo Kodama opracował dwie techniki addytywne do tworzenia trójwymiarowych modeli z tworzyw sztucznych, które dały początek idei wytwarzania addytywnego. Tworzył struktury drukowane w 3D za pomocą termoutwardzalnego polimeru utwardzanego światłem.
Uzyskaj przykładowy raport (w tym wykresy i diagramy): https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
Czym są drukarki 3D?
Mówiąc prosto, drukarki 3D wykorzystują CAD (Computer Aided Design), który jest zasilany technologią 3D do produkcji przedmiotów 3D z różnych materiałów, w tym stopionego plastiku, proszku i betonu. Dom wydrukowany w 3D można stworzyć za pomocą różnych drukarek 3D, od małych modeli budynków, które mieszczą się na blacie. Drukarki 3D występują w trzech podstawowych kategoriach i wszystkie działają nieco inaczej.
Typy drukarek 3D
·Drukarki stereolitograficzne (SLA)– Drukarki 3D, które wykorzystują technologię stereolitografii (SLA), mogą przekształcać żywicę ciekłą w plastik.
·Selektywne spiekanie laserowe (drukarki SLS) –Drukarki SLS (selektywne spiekanie laserowe): Drukarki te spiekają cząsteczki polimeru w strukturach stałych za pomocą lasera.
·Modelowanie osadzaniem topionego materiału (drukarki FDM) –Drukarki te tworzą warstwowe przedmioty, uwalniając stopione filamenty termoplastyczne przez podgrzewaną dyszę. Podejście do budowy 3D jest miejscem, w którym drukarki te są najczęściej wykorzystywane.
Jak druk 3D ma zastosowanie w branży budowlanej?
Od lat 80. pojawiło się kilka pytań dotyczących technologii druku 3D. Rozwój samej metody, która umożliwia budowę trójwymiarowych obiektów poprzez nakładanie kolejnych warstw materiału, nadał jej jednak większe znaczenie. Ta metoda budowy jest bardzo wszechstronna i może być wykorzystywana do budowy specyficznych elementów projektu, a także różnych złożonych struktur w całości, w tym domów lub przestrzeni mieszkalnych, biur, mostów, ścian, konstrukcji modułowych, form zbrojeniowych, kolumn, mebli miejskich, a nawet elementów dekoracyjnych.
Znaczną część wiedzy wymaganej do wdrożenia tej technologii w budownictwie stanowi faza projektowania. Integracja technologii druku 3D jest mniej trudna, ponieważ sektor ten ma już doświadczenie z produkcją wspomaganą 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 warstwy materiału zgodnie z sygnałami. Można to zrobić za pomocą różnych materiałów, z których najpopularniejszym jest mieszanka piasku, włókien, geopolimerów i betonu.
Według badania 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 do 2028 roku 1 034 096,7 tys. USD. Zwiększa to jego skumulowany roczny wskaźnik wzrostu od 2021 do 2028 roku o 91,5%.
Druk 3D w budownictwie na całym świecie
Budownictwo i lepsza infrastruktura stają się coraz bardziej pożądane, zwłaszcza w dużych miastach. W porównaniu do 1800 r., kiedy tylko 3% populacji mieszkało w miastach, do 1900 r. w miastach mieszkało o 15% więcej ludzi. Do 2050 r. Światowe Forum Ekonomiczne przewiduje, że dwie trzecie światowej populacji zamieszka w dużych miastach, w porównaniu z obecnym udziałem 55%.
Liczne inicjatywy rządowe wspierające wykorzystanie druku 3D są obecnie budowane na całym świecie. Dubaj, gdzie 25% budynków musi być stworzonych w technologii druku 3D do 2030 r., jest jednym z miast, które decydują się przewodzić w tym wyścigu.
Ekspozycja 1
Ekspozycja 2
Dostępne technologie druku 3D w budownictwie
Ekstrudery z ramieniem robota
Ekstrudery z ramieniem robota są popularne wśród technologii druku 3D dostępnych obecnie na rynku. Technika ta nazywana jest contour crafting. Działa podobnie do biurkowej drukarki 3D FDM. Szyny są ustawione we wzór, który pozwala ramieniu robota przechodzić przez nie warstwa po warstwie, wytłaczając beton, który wydostaje się z dyszy. Ta metoda druku 3D budynków XL jest najpopularniejsza.
Druk 3D z piaskiem
Przemysłowe procesy druku 3D, takie jak SLS (Selective Laser Sintering) i Jet Fusion, są porównywalne do procedury 3D, która jest tutaj wyjaśniona. Jako pierwszy przetestował ją włoski architekt Enrico Dini za pomocą swojej drukarki 3D D-Shape. Przed utrwaleniem kształtu konstrukcji za pomocą spoiwa maszyna powleka powierzchnię proszkiem piaskowym. Jest to porównywalne do działania drukarki 3D do metalu.
Technologia metalu
WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) zostało opracowane 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, które zostało specjalnie stworzone do tego zadania. Robot ma konfigurację 6-osiową do drukowania 3D konstrukcji metalowych.
Zalety druku 3D dla budownictwa
·Zwiększona elastyczność projektu –Tworzenie złożonych projektów jest znaczną trudnością architektoniczną, którą może rozwiązać druk 3D. Programy komputerowe, które można zaprogramować do wykonywania złożonych i trudnych projektów, są wykorzystywane przez budowlane drukarki 3D.
·Adaptacja do BIM –BIM Dzięki wykorzystaniu technologii 3D, modelowanie informacji o budynku przekształciło projektowanie budynków. Wyświetla obrazy ogromnych budynków i konstrukcji, zanim zostaną one faktycznie zbudowane. To przełomowe rozwiązanie może zostać rozszerzone przez druk 3D w budownictwie poprzez integrację z BIM i wykonywanie złożonych projektów z niemal idealną dokładnością.
·Ograniczenie błędu ludzkiego –Podstawą druku 3D jest zaprogramowana automatyczna praca wolna od wpływu człowieka. To zasadniczo eliminuje błędy spowodowane przez ludzi. Dodatkowo drukarki 3D nie wymagają dużej kontroli ludzkiej.
·Wsparcie dla budownictwa ekologicznego –Najpopularniejszy typ budownictwa szybko zmierza w kierunku ekologicznego. Firmy budowlane zaczęły stosować ekologiczne metody budowlane w wyniku rosnącej świadomości zmian klimatycznych. Używając odrzuconych i ponownie wykorzystanych materiałów budowlanych do produkcji konstrukcji drukowanych 3D, drukarki 3D mogą odegrać znaczącą rolę w tym przedsięwzięciu.
Wady konstrukcji drukowanych 3D
·Wysokie zużycie energii –Drukarki 3D zużywają więcej energii elektrycznej niż jakakolwiek inna tradycyjna technika budowlana. Oprócz kosztu środowiskowego związanego 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 ta jest wciąż w powijakach. Początkowa inwestycja wymagana do uruchomienia zakładu druku 3D do budowy konstrukcji jest znaczna, a w obecnej konfiguracji zbyt kosztowna, aby wdrożyć ją w podstawowym sektorze budowlanym.
·Niedobór materiałów –Zwykłe materiały budowlane nie mogą być wykorzystywane w drukarkach 3D. Drukarka 3D wymaga specjalistycznych materiałów, które nie są jeszcze powszechnie używane. Ze względu na znaczny wzrost kosztów materiału spowodowany niedoborem i drogą drukarką, nie jest możliwe zastosowanie jej do budowy na dużą skalę.
Wielkość rynku druku 3D w budownictwie
1. 3D drukowany dom jednorodzinny w Moskwie
Dom drukowany w 3D został zbudowany w Moskwie przez amerykańską firmę technologiczną Apis Cor. Dom ten jako pierwszy wykorzystuje 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 drukowany 3D w Dubaju
Niedawno 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
Społeczności na całym świecie i organizacje non-profit wykorzystują technologię druku 3D z betonu, aby rozwiązać kryzys przystępności cenowej mieszkań. Na przykład New Story, organizacja non-profit, zbudowała pierwszy w Meksyku dom drukowany w 3D w rekordowym czasie 24 godzin. Od tego czasu firma zbudowała osiedla z 2000 domów, z których wszystkie zostały zbudowane przy użyciu techniki budowy z druku 3D.
Przyszłość
Rosnąca liczba projektów na całym świecie pokazuje, że konstrukcje drukowane 3D mają potencjał, by stać się rewolucyjną, zmieniającą branżę technologią, która rozwiąże kilka problemów nękających obecnie sektor budowlany. Poziom ambicji jest ogromny; na przykład oczekuje się, że do 2030 roku 25% nowych konstrukcji w Dubaju będzie drukowanych w 3D. Mówiąc delikatnie, wykorzystanie druku 3D w sektorze budowlanym ma obiecującą przyszłość.
Wnioski
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 precyzji, szybkości i niezawodności druku 3D, inżynierowie budowlani mają liczne możliwości rozwiązania tych wyzwań i być może ułatwienia oraz obniżenia kosztów projektowania i budowy konstrukcji nadających się do zamieszkania.
Autor: Sonu Kumar Sah
Aby uzyskać więcej szczegółów, skontaktuj się z:
UnivDatos Market Insights
C80B, Sector-8, Noida,
Uttar Pradesh 201301
W przypadku pytań związanych ze sprzedażą, prosimy o kontakt pod adresem [email protected]