«Строительство будущего: изучение потенциала 3D-печати в строительстве»
Создание трехмерных твердых продуктов из цифрового файла, разработанного с помощью компьютера, известно как 3D-печать, также известная как аддитивное производство.
Первоначально термин «3D-печать» относился к процессу нанесения слоев связующего материала на порошковое ложе с использованием печатающих головок струйного принтера. Однако в настоящее время это определение охватывает более широкий спектр аддитивных производственных процессов, включая селективное лазерное плавление и электронно-лучевое аддитивное производство.
Еще в 1980-х годах японский изобретатель Хидео Кодама разработал два аддитивных метода создания трехмерных пластиковых моделей, что дало толчок идее аддитивного производства. Он создал 3D-печатные структуры с использованием фотоотверждаемого термореактивного полимера.
Получите образец отчета (включая графики, диаграммы и рисунки): https://univdatos.com/reports/get-a-free-sample-form.php
Что такое 3D-принтеры?
Проще говоря, в 3D-принтерах используется CAD (Computer Aided Design), который работает на основе 3D-технологий для производства 3D-изделий из различных материалов, включая расплавленный пластик, порошок и бетон. 3D-печатный дом можно создать с помощью различных 3D-принтеров, различающихся по размеру и конструкции, от небольших строительных моделей, которые помещаются на столешнице. Существует три основных категории 3D-принтеров, и все они работают несколько по-разному.
Типы 3D-принтеров
· Стереолитографические (SLA принтеры) – 3D-принтеры, использующие технологию стереолитографии (SLA), могут превращать жидкую смолу в пластик.
· Селективное лазерное спекание (SLS принтеры) – SLS принтеры (селективное лазерное спекание): Эти принтеры спекают частицы полимерного порошка в твердые структуры с помощью лазера.
· Моделирование методом наплавления (FDM принтеры) – Эти принтеры создают многослойные изделия, выпуская расплавленные термопластичные нити через нагретое сопло. Такой подход к 3D-строительству используется наиболее часто.
Как 3D-печать применяется в строительной отрасли?
С 1980-х годов было поднято несколько вопросов о технологии 3D-печати. Однако развитие самого метода, который позволяет строить трехмерные объекты путем наложения последовательных слоев материала, придало ему повышенную актуальность. Этот метод строительства очень адаптивен и может использоваться для строительства как отдельных элементов проекта, так и различных сложных конструкций целиком, включая дома или жилые помещения, офисы, мосты, стены, модульные конструкции, арматурные формы, колонны, городскую мебель и даже декоративные элементы.
Значительная часть знаний, необходимых для внедрения этой технологии в строительство, приходится на этап проектирования. Интеграция технологии 3D-печати менее сложна, поскольку отрасль уже имеет опыт работы с автоматизированным проектированием, а BIM (Building Information Modeling) процветает в строительном бизнесе. 3D-принтер получает необходимую информацию из программы CAD или BIM, и машины начинают накладывать уровни материала в соответствии с сигналами. Это можно сделать с использованием различных материалов, наиболее популярными из которых являются смесь песка, волокна, геополимеров и бетона.
Согласно исследованию Research and Markets, 3D-печать продвинулась настолько позитивно за последние десять лет, что ее рыночная стоимость в строительной отрасли, по прогнозам, достигнет 1 034 096,7 тыс. долларов США к 2028 году. Это увеличивает совокупный годовой темп роста с 2021 по 2028 год на 91,5%.
3D-печать в строительстве по всему миру
Спрос на строительство и улучшение инфраструктуры растет все больше и больше, особенно в больших городах. По сравнению с 1800 годом, когда в городах проживало всего 3% населения, к 1900 году в городах проживало на 15% больше людей. Всемирный экономический форум прогнозирует, что к 2050 году две трети населения мира будут проживать в крупных городах, по сравнению с нынешней долей в 55%.
В настоящее время реализуется множество правительственных инициатив, поддерживающих использование 3D-печати, в глобальном масштабе. Дубай, где к 2030 году 25% зданий должны быть созданы с использованием технологии 3D-печати, является одним из городов, которые решили лидировать в этой гонке.
Экспонат 1
Экспонат 2
Доступные технологии для 3D-печати в строительстве
Экструдеры с роботизированной рукой
Экструдеры с роботизированной рукой популярны среди технологий 3D-печати, представленных в настоящее время на рынке. Этот метод называется контурной обработкой. Он функционирует аналогично настольному 3D-принтеру FDM. Рельсы устанавливаются по схеме, которая позволяет роботизированной руке проходить через них слой за слоем, выдавливая бетон, выходящий из сопла. Этот метод 3D-печати XL зданий является самым популярным.
3D-печать с песком
Промышленные процессы 3D-печати, такие как SLS (селективное лазерное спекание) и Jet Fusion, сопоставимы с процедурой 3D, которая описана здесь. Первым, кто проверил это на практике со своим 3D-принтером D-Shape, был итальянский архитектор Энрико Дини. Прежде чем зацементировать форму конструкции с помощью связующего вещества, машина покрывает поверхность порошком песка. Это сопоставимо с работой металлического 3D-принтера.
Металлическая технология
WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) была разработана голландским стартапом MX3D для более нагруженных конструкций, таких как мосты. Компания объединила промышленного робота и сварочный аппарат, и в результате получился 3D-принтер, работающий на программном обеспечении, специально созданном для этой задачи. Робот имеет 6-осевую конфигурацию для 3D-печати металлических конструкций.
Преимущества 3D-печати для строительства
· Расширенная гибкость дизайна – Создание сложных конструкций является значительной архитектурной проблемой, которую может решить 3D-печать. Компьютерные программы, которые можно запрограммировать для выполнения сложных и трудных проектов, используются строительными 3D-принтерами.
· Адаптация к BIM – BIM Благодаря использованию 3D-технологий моделирование строительной информации преобразовало строительное проектирование. Он отображает изображения огромных зданий и сооружений до того, как они будут построены. Этот прорыв может быть продвинут за счет строительной 3D-печати путем интеграции с BIM и выполнения сложных проектов с почти идеальной точностью.
· Сокращение количества человеческих ошибок – Основой 3D-печати является предварительно запрограммированная автоматизированная работа, свободная от человеческого воздействия. Это, по сути, устраняет ошибки, вызванные людьми. Кроме того, 3D-принтеры не требуют особого человеческого надзора.
· Помощь в строительстве экологически чистых зданий – Самый популярный тип строительства быстро переходит к экологичному. Строительные компании начали использовать экологичные методы строительства в результате растущей осведомленности об изменении климата. Используя выброшенные и перепрофилированные строительные материалы для производства 3D-печатных конструкций, 3D-принтеры могут играть важную роль в этом начинании.
Недостатки 3D-печатных конструкций
· Высокое энергопотребление – 3D-принтеры потребляют больше электроэнергии, чем любая другая традиционная технология строительства. В дополнение к экологической стоимости производства электроэнергии с такой высокой мощностью, удовлетворение такого большого спроса на энергию является дорогостоящим.
· 3D-принтеры стоят дорого – В настоящее время экономически нецелесообразно использовать 3D-печать, поскольку эта технология все еще находится в зачаточном состоянии. Первоначальные инвестиции, необходимые для создания предприятия 3D-печати для строительства конструкций, значительны, и в его нынешней конфигурации его слишком дорого внедрять в основной строительный сектор.
· Дефицит материалов – Обычные строительные материалы нельзя использовать с 3D-принтерами. Для 3D-принтера требуются специализированные материалы, которые еще не получили широкого распространения. Из-за значительного увеличения стоимости материала из-за дефицита и дорогостоящего принтера нецелесообразно использовать его для крупномасштабного строительства.
Размер рынка 3D-печати в строительстве
1. 3D-печатный семейный дом в Москве
3D-печатный дом был построен в Москве американской технологической компанией Apis Cor. Дом является первым в своем роде, в котором автоматизация используется в домостроении, и он идентичен любой другой бетонной конструкции. Общая стоимость строительства составила менее 10 000 долларов.
2. Крупнейшее в мире 3D-печатное здание в Дубае
В последнее время на Ближнем Востоке, особенно в ОАЭ, произошли новые технологические достижения. Книга рекордов Гиннеса уже подтвердила заявление Emirates Tower Complex о том, что это самое большое в мире здание, напечатанное на 3D-принтере, продолжающее эту тенденцию в 3D-печати. Двухэтажное здание, построенное Apis Cor, имеет площадь 640 м2 и высоту 9,5 м.
3. 3D-печатные дома в Северной Америке и Карибском бассейне
Всемирные сообщества и некоммерческие организации используют технологию 3D-печати бетона для решения кризиса доступного жилья. Например, некоммерческая организация New Story построила первый в Мексике дом, напечатанный на 3D-принтере, за рекордные 24 часа. С тех пор компания построила районы с 2000 домами, все из которых были построены с использованием технологии 3D-печати.
Будущее
Растущее число проектов по всему миру показывает, что 3D-печать конструкций может стать революционной, меняющей отрасль технологией, которая решит несколько проблем, с которыми в настоящее время сталкивается строительный сектор. Уровень амбиций огромен; например, ожидается, что к 2030 году 25% новых сооружений в Дубае будут напечатаны на 3D-принтере. Мягко говоря, использование 3D-печати в строительном секторе имеет многообещающее будущее.
Заключение
Строительная отрасль готова к инновациям, несмотря на то, что 3D-печать все еще имеет много давних проблем. Традиционные методы строительства могут быть неэффективными, дорогостоящими, трудоемкими и наносящими вред окружающей среде. Благодаря точности, скорости и надежности 3D-печати у инженеров-строителей есть многочисленные возможности для решения этих проблем и, возможно, для упрощения и удешевления проектирования и строительства пригодных для жизни конструкций.
Автор: Сону Кумар Сах
Для получения более подробной информации свяжитесь с:
UnivDatos Market Insights
C80B, Сектор-8, Нойда,
Уттар-Прадеш 201301
По вопросам, связанным с продажами, обращайтесь к нам по адресу [email protected]