“Строительство будущего: изучение потенциала 3D-печати в строительстве”
Создание трехмерных твердых изделий из цифрового файла с помощью компьютера известно как 3D-печать, также известная как аддитивное производство.
Первоначально термин «3D-печать» относился к процессу нанесения слоев связующего материала на порошковую основу с помощью 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 электронным лучом.
В начале 1980-х годов японский изобретатель Хидео Кодама разработал две аддитивные технологии для создания трехмерных пластиковых моделей, которые дали толчок идее аддитивного производства. Он создавал 3D-печатные структуры с использованием фотоотверждающегося 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, в 3D-принтерах используется CAD (система автоматизированного проектирования), работающая на основе 3D-технологий, для производства 3D-изделий из различных материалов, включая расплавленный пластик, порошок и бетон. 3D-печатный дом может быть создан с помощью различных 3D-принтеров, различающихся по размеру и конструкции: от небольших строительных моделей, помещающихся на столе, до полноразмерных домов. 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 слоистые объекты, выпуская расплавленные термопластичные нити через нагретое сопло. Этот подход к 3D-строительству чаще всего используется.
Как 3D-печать применяется в строительной отрасли?
С 1980-х годов поднималось несколько вопросов о технологии 3D-печати. Однако развитие самого метода, который позволяет строить трехмерные объекты путем наложения последовательных слоев материала, придало ему большее значение. Этот метод строительства очень адаптивен и может использоваться для строительства как отдельных элементов проекта, так и различных 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 сектор уже имеет опыт работы с автоматизированным производством, а BIM (информационное моделирование зданий) 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 смеси песка, волокна, геополимеров и бетона.
Согласно опросу Research and Markets, 3D-печать продвинулась настолько позитивно за последние десять лет, что прогнозируется, что ее рыночная стоимость в строительной отрасли достигнет 1 034 096,7 тыс. долларов США к 2028 году. Это увеличивает ее совокупный годовой темп роста с 2021 по 2028 год на 91,5%.
3D-печать в строительстве по всему миру
Строительство и улучшение инфраструктуры становятся все более востребованными, особенно в крупных городах. По сравнению с 1800 годом, когда только 3% населения жили в городах, 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 во всем мире реализуются многочисленные правительственные инициативы, поддерживающие использование 3D-печати. Дубай, где к 2030 году 25% зданий должны быть построены с использованием технологии 3D-печати, 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 сейчас на рынке. Этот метод называется контурной обработкой. Он функционирует аналогично настольному 3D-принтеру FDM. Рельсы устанавливаются по схеме, которая позволяет манипулятору 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. Первым, кто испытал это на практике, был итальянский архитектор Энрико Дини со своим 3D-принтером D-Shape. Прежде чем закрепить форму конструкции с помощью связующего вещества, машина покрывает поверхность порошком песка. Это сопоставимо с работой металлического 3D-принтера.
Металлическая технология
Компания MX3D из Нидерландов разработала WAAM (аддитивное производство проволочной дугой) для конструкций с более высокими нагрузками, таких как мосты. Компания объединила промышленного робота и сварочный аппарат, в результате чего 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
· Повышенная гибкость проектирования – Создание сложных конструкций является значительной архитектурной проблемой, которую может решить 3D-печать. В строительных 3D-принтерах используются компьютерные программы, которые можно запрограммировать на выполнение сложных проектов.
· Адаптация к BIM – BIM Благодаря использованию 3D-технологий информационное моделирование зданий изменило строительное проектирование. Он отображает изображения огромных зданий и сооружений до того, как они будут построены в реальности. Этот прорыв может быть продвинут строительной 3D-печатью путем интеграции с BIM и выполнения сложных проектов с почти идеальной точностью.
· Сокращение количества человеческих ошибок – В основе 3D-печати лежит предварительно запрограммированная автоматизированная работа, свободная от человеческого влияния. Это, по сути, устраняет ошибки, вызванные людьми. Кроме того, 3D-принтеры не требуют особого контроля со стороны человека.
· Помощь в строительстве экологически чистых зданий – Самый популярный тип строительства быстро переходит к экологически чистому. В результате растущего осознания изменения климата строительные компании начали использовать методы экологичного строительства. Используя выброшенные и переработанные 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 технология строительства. В дополнение к экологическим издержкам производства электроэнергии с такой высокой мощностью, удовлетворение такого большого спроса на электроэнергию обходится дорого.
· 3D-принтеры стоят дорого – В настоящее время нецелесообразно использовать 3D-печать с экономической точки зрения, поскольку эта технология все еще находится в зачаточном состоянии. Первоначальные инвестиции, необходимые для создания предприятия 3D-печати для строительства конструкций, значительны, и в ее нынешней конфигурации слишком дорого внедрять ее в основной строительный сектор.
· Дефицит материалов – Обычные строительные материалы нельзя использовать с 3D-принтерами. Специализированные материалы, которые еще не получили широкого распространения, требуются 3D-принтеру. Из-за значительного увеличения стоимости материала из-за дефицита и дорогостоящего принтера невозможно использовать его для крупномасштабного строительства.
Размер рынка 3D-печати в строительстве
1. 3D-печатный семейный дом в Москве
Американская технологическая компания Apis Cor построила в Москве 3D-печатный дом. Этот дом является первым в своем роде, в котором используется автоматизация при строительстве дома, и он идентичен любой другой бетонной конструкции. Общая стоимость строительства составила менее 10 000 долларов.
2. Самое большое в мире 3D-печатное здание в Дубае
В последнее время на Ближнем Востоке, особенно в ОАЭ, наблюдаются новые технологические достижения. Книга рекордов Гиннесса уже подтвердила заявление Emirates Tower Complex о том, что это самое большое 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 бетоном для решения кризиса доступного жилья. Например, некоммерческая организация New Story построила первый в Мексике дом, напечатанный на 3D-принтере, в рекордно короткие сроки — 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 технологией, меняющей отрасль, которая решит несколько проблем, стоящих сейчас перед строительным сектором. 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.
Вывод
Строительная отрасль готова к инновациям, несмотря на то, что у 3D-печати все еще много давних проблем. Традиционные методы строительства могут быть неэффективными, дорогостоящими, трудоемкими и наносящими ущерб 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 сооружений.
Автор: Сону Кумар Сах
Для получения более подробной информации обращайтесь:
UnivDatos Market Insights
C80B, Sector-8, Нойда,
Уттар-Прадеш 201301
По вопросам, связанным с продажами, обращайтесь к нам по адресу [email protected]