“Строительство будущего: изучение потенциала 3D-печати в строительстве”
Изготовление трехмерных твердых изделий из цифрового файла, созданного 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 процессов аддитивного производства, включая селективное лазерное плавление и аддитивное производство с использованием электронного луча.
Еще в 1980-х годах японский изобретатель Хидео Кодама разработал два аддитивных метода создания трехмерных пластиковых моделей, которые и положили начало идее аддитивного производства. Он создавал 3D-печатные структуры с использованием фотоотверждаемого термореактивного полимера.
Получите образец отчета (включая графики, диаграммы и рисунки): https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
Что такое 3D-принтеры?
Проще говоря, 3D-принтеры используют САПР (системы автоматизированного проектирования), работающие на основе 3D-технологий, для производства 3D-объектов 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, помещающихся на столе. 3D-принтеры бывают трех основных категорий, 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 слоистые объекты, выпуская расплавленные термопластичные нити через нагретое сопло. Такой подход к 3D-строительству наиболее часто используется в данной сфере.
Как применяется 3D-печать в строительной отрасли?
С 1980-х годов возникало множество вопросов о технологии 3D-печати. Однако развитие самого метода, который позволяет строить трехмерные объекты путем наложения последовательных слоев материала, придало ему возросшую актуальность. Этот метод строительства очень адаптивен и может использоваться для строительства как отдельных элементов проекта, так и множества сложных конструкций в целом, 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, поступает из этапа проектирования. Интеграция технологии 3D-печати менее сложна, поскольку в этом секторе уже есть опыт работы с автоматизированным производством, а BIM (информационное моделирование зданий) процветает в строительном бизнесе. 3D-принтер получает необходимую информацию из программы САПР или BIM, и машины начинают накладывать уровни материала в соответствии с сигналами. Это можно делать с использованием различных материалов, наиболее популярными из которых являются смеси песка, волокна, геополимеров и бетона.
Согласно исследованию, проведенному Research and Markets, 3D-печать за последние десять лет продвинулась настолько позитивно, что прогнозируется, что ее рыночная стоимость в строительной отрасли 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 во всем мире
Строительство и улучшение инфраструктуры становятся все более и более востребованными, особенно в крупных городах. По сравнению с 1800 годом, когда в городах проживало всего 3% населения, к 1900 году в городах проживало на 15% больше людей. По прогнозам Всемирного экономического форума, к 2050 году две трети населения мира будут проживать в крупных городах, по сравнению с нынешней долей в 55%.
В настоящее время на глобальной основе реализуются многочисленные правительственные инициативы, поддерживающие использование 3D-печати. Дубай, где 25% зданий должны быть построены с использованием технологии 3D-печати к 2030 году, является одним из городов, которые решили возглавить эту гонку.
Приложение 1
Приложение 2
Доступные технологии для 3D-печати в строительстве
Роботизированные экструдеры
Роботизированные экструдеры популярны среди технологий 3D-печати, представленных в настоящее время на рынке. Этот метод называется контурным крафтингом. Он функционирует аналогично настольному 3D-принтеру FDM. Рельсы установлены 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 использованием песка
Промышленные процессы 3D-печати, такие как SLS (селективное лазерное спекание) и Jet Fusion, сопоставимы с процедурой 3D-печати, описанной здесь. Итальянский архитектор Энрико Дини первым проверил ее на практике со своим 3D-принтером D-Shape. Прежде чем закрепить форму конструкции с помощью связующего вещества, машина покрывает поверхность песочным порошком. Это сопоставимо с работой металлического 3D-принтера.
Металлическая технология
WAAM (аддитивное производство проволочной дугой) была разработана голландским стартапом MX3D для более нагруженных конструкций, таких как мосты. Компания объединила промышленного робота и сварочный аппарат, и результатом стал 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
· Расширенные возможности проектирования – Создание сложных проектов 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 информационное моделирование зданий преобразовало проектирование зданий. Он отображает изображения огромных зданий и сооружений до того, как они будут реально построены. Этот прорыв может быть продвинут строительной 3D-печатью 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 влияния. Это по сути устраняет ошибки, вызванные людьми. Кроме того, 3D-принтеры не требуют особого надзора со стороны человека.
· Помощь в экологичном строительстве зданий – Самый популярный тип строительства быстро переходит к экологичному. Строительные компании начали использовать экологичные методы строительства в результате растущего осознания проблемы изменения климата. Используя выброшенные и перепрофилированные строительные материалы для производства 3D-печатных конструкций, 3D-принтеры могут сыграть значительную роль в этом начинании.
Недостатки 3D-печатных конструкций
· Высокое энергопотребление – 3D-принтеры потребляют больше электроэнергии, чем любая другая традиционная строительная техника. В дополнение к экологическим издержкам производства электроэнергии с такой высокой мощностью, удовлетворение такого большого спроса на электроэнергию обходится дорого.
· 3D-принтеры дороги – В настоящее время экономически нецелесообразно использовать 3D-печать, поскольку технология все еще находится в зачаточном состоянии. Первоначальные инвестиции, необходимые для создания предприятия 3D-печати для строительства конструкций, значительны, и в своей нынешней конфигурации его слишком дорого внедрять в основной строительный сектор.
· Нехватка материалов – Обычные строительные материалы нельзя использовать с 3D-принтерами. 3D-принтеру требуются специализированные материалы, которые еще не получили широкого распространения. Из-за значительного увеличения стоимости материала из-за нехватки 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 используется автоматизация в строительстве домов, и идентичен любой другой бетонной конструкции. Общая стоимость строительства составила менее 10 000 долларов США.
2. Крупнейшее в мире 3D-печатное здание в Дубае
В последнее время на Ближнем Востоке, особенно в ОАЭ, наблюдаются новые технологические достижения. Книга рекордов Гиннеса уже подтвердила заявление Emirates Tower Complex о том, что это крупнейшее в мире здание, напечатанное на 3D-принтере, продолжая эту тенденцию в 3D-печати. Двухэтажное здание, построенное компанией 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 рекордно короткие 24 часа. С тех пор компания построила кварталы с 2000 домов, все из которых были построены с использованием технологии 3D-печати.
Будущее
Растущее число проектов по всему миру показывает, что конструкции 3D-печати обладают потенциалом стать революционной технологией, изменяющей отрасль, которая решит несколько проблем, с которыми в настоящее время сталкивается строительный сектор. Уровень амбиций огромен; например, ожидается, что 25% новых конструкций в Дубае будут напечатаны на 3D-принтере к 2030 году. Говоря мягко, использование 3D-печати в строительном секторе имеет многообещающее будущее.
Заключение
Строительная индустрия готова к инновациям, несмотря на то, что у 3D-печати все еще есть 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 задач и, возможно, для того, чтобы сделать проектирование и строительство пригодных для жизни сооружений более легким и доступным.
Автор: Сону Кумар Сах
Для получения более подробной информации свяжитесь с:
UnivDatos Market Insights
C80B, Sector-8, Noida,
Uttar Pradesh 201301
По вопросам, связанным с продажами, обращайтесь к нам по адресу [email protected]