Дом без единой опечатки

НаукаHi-Tech

Физико-химические проблемы 3D-печати в строительстве

Применение аддитивных технологий, то есть 3D-печати, стало в последнее время одной из наиболее актуальных тенденций в строительстве.

Владимир Тесленко, кандидат химических наук

Как печатают дом

Печать осуществляется из обычных строительных материалов: это пескобетон, геополимерный бетон, гипс, сложные строительные органо-неорганические смеси. Быстротвердеющая бетонная смесь с различными добавками подается с помощью экструдера через сопло. Процесс напоминает выдавливание зубной пасты из тюбика. Вертикальная конструкция формируется послойно: каждый последующий слой наносится поверх предыдущего, в результате нижние слои уплотняются и растет их способность выдерживать больший вес. Для повышения прочности конструкции производится ее армирование, оно может быть и горизонтальным, и вертикальным.

Обычно при строительстве зданий принтер печатает «корочки» внешних стен, так называемую несъемную опалубку (другой термин «технология контурной печати быстротвердеющим бетоном»). То есть печатают не весь объем несущей стены, а наружную и внутреннюю ее части толщиной от 3 до 5 см, образовавшуюся полость заливают наполнителем. Внутренние же перегородки можно печатать в один слой.

Какие бывают принтеры

В мире разработаны и продвигаются на рынок три типа принтеров. Принтер с портальной системой позиционирования представляет собой раму, по которой движется печатающее устройство (экструдер). Такой принтер производит печать объектов внутри системы перемещения, что приводит к увеличению габаритов принтера для масштабных строительных объектов.

Конструктивные схемы портальных 3D-принтеров с четырехопорной (а) и двухопорной (б) системой перемещения

Робот-манипулятор перемещает экструдер при помощи «роботизированной руки», что позволяет устанавливать принтер как снаружи, так и внутри печатного объекта. Характеризуется небольшими габаритами и весом, позволяющими достигать высокой мобильности принтера.

Конструктивные схемы роботов-манипуляторов: а) 6-осевой робот, б) 3-осевой робот

Кабельная подвесная система (дельта-принтер) осуществляет трехмерное перемещение печатающей головки с помощью специальных тросс-кабелей внутри внешней рамы. Это определяет возможность печати высоких объектов, но с очень ограниченной площадью.

Конструктивная схема кабельной подвесной системы (дельта-принтер)

У всех видов принтеров есть как достоинства, так и недостатки, соотношение которых и определяет их конкурентоспособность. Пока в нашей стране проводились опытно-промышленные испытательные работы в строительстве одноэтажных зданий (5–7 случаев) и в малых архитектурных формах (до 100 ед. надгробий, бульварных скамеек, декоративных беседок и т. п.). По состоянию на декабрь 2022 года в России в разной стадии реализации находится шесть проектов 3D-печати в жилищном строительстве. О самом продвинутом рассказал СМИ заместитель министра строительства РФ Александр Ломакин. Он сообщил, что в селе Айша Зеленодольского района Татарстана первыми в России начали строить целый комплекс жилых домов с помощью 3D-печати.

Удивительно, но в России не замечен ни один импортный принтер, все машины отечественного производства. За период 2015– 2022 годов малыми сериями строительные принтеры производили три компании: ООО «Апис Кор», ООО «Спецавиа» и ООО АМТ; разработки осуществляли «Аркон Констракшн», «Бум 3D-принтер», «Парк 3D», «Смартбилд» и др. Появились специализированные инжиниринговые компании, например, ООО «3Д-Строй» (Казань), «3Д Стройдизайн» (Воронеж), ООО «Хабаровск 3Д» (Хабаровск). ООО «Фирма „Вефт“» (Королев) производит смеси для печати малых форм, ООО «3Д Арт» (Москва) оказывает услуги по запуску 3D-производства.

Проблемы 3D-печати

Существует целый спектр проблем 3D-печати в строительстве — правовых, нормативных, архитектурных, эксплуатационных, страховых. Наиболее сложными видятся физико-химические.

Во-первых, во многом неясны требования к реологическим свойствам цементного раствора, подаваемого через сопло. Они должны быть более или менее стабильными в процессе многочасовой работы, несмотря на изменения температуры и влажности. Это актуально для регионов с континентальным климатом, когда температура на стройплощадке может меняться с перепадами до 40°С. Запатентовано порядка 100 сложных составов цементной смеси, в том числе строительно-архитектурными вузами Москвы, Казани, Воронежа, Белгорода, Калининграда.

Одним из действенных приемов управления реологическими свойствами растворов для аддитивной технологии представляется введение суперпластификаторов, обладающих поверхностной активностью на границе твердое тело—жидкость. Переход от связнодисперсной системы к свободнодисперсной под действием пластификатора необходим для перекачки рабочего раствора из питающего бункера к рабочему соплу и последующей экструзии. В этом аспекте цементные растворы («гибридные полидисперсные многофазные системы жидкость—твердое») обязаны обладать специфическим свойством коагуляционных структур — тиксотропией, то есть после снятия технологической нагрузки за малое время должна восстанавливаться структура, что обеспечивает рост пластической прочности.

Во-вторых, важным параметром является адгезия между слоями раствора. Отличительными особенностями 3D-печати является отсутствие как арматурных выпусков, так и виброуплотнения уложенных слоев. Поэтому обеспечение сцепления формуемых слоев бетонной смеси является актуальным (и во многом нерешенным) вопросом. Некоторые исследователи предлагают делать технологические паузы для схватывания перед нанесением свежего экструдата и даже делать укрепляющие прослойки, в том числе металлическими сетками и гелеобразными полимерными препаратами.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Космические тоннели Космические тоннели

Существуют ли кротовые норы?

Популярная механика
Мария-Антуанетта без пирожных Мария-Антуанетта без пирожных

Феминистский взгляд на эрцгерцогиню, закончившую жизнь на французской гильотине

Дилетант
Рассада, фосфорные подкормки и урожай Рассада, фосфорные подкормки и урожай

Хороший урожай в большинстве регионов возможен только через выращивание рассады

Наука и жизнь
Почему не уходит вес: самые популярные ошибки худеющих Почему не уходит вес: самые популярные ошибки худеющих

Вредные советы и главные ошибки, которые мешают всем худеющим

TechInsider
Фолкленды и Мальвины Фолкленды и Мальвины

Крошечные острова в Южной Атлантике в 1982 году стали полем битвы

Дилетант
Профессиональная деформация: как работа меняет наше восприятие мира Профессиональная деформация: как работа меняет наше восприятие мира

Как привычная работа может менять психологию и личность человека

Forbes
Как крупнейший в России производитель майонеза создал растительную котлету, которая принесла ему 350 млн руб. за год и вывела на рынок ОАЭ Как крупнейший в России производитель майонеза создал растительную котлету, которая принесла ему 350 млн руб. за год и вывела на рынок ОАЭ

Как руководство «Эфко» плевалось от очередной неудачной пробной котлеты

Inc.
«Я рокер по натуре!» «Я рокер по натуре!»

Филипп Киркоров о самых необычных новогодних подарках

ЖАРА Magazine
Изменит ли новая технология двигателей космическую индустрию Изменит ли новая технология двигателей космическую индустрию

Инженеры работают над принципиально новым двигателем для космических аппаратов

Forbes
Может ли человек всю жизнь питаться лишь грудным молоком Может ли человек всю жизнь питаться лишь грудным молоком

Можно ли пить грудное молоко на завтрак, обед и ужин всю жизнь?

TechInsider
На чем ездили легендарные футболисты СССР На чем ездили легендарные футболисты СССР

Вопреки мифам и песням, автомобили советским спортсменам за победы не дарили

Maxim
Даже не говори Даже не говори

Анастасия Красовская рассказала о съемках обнаженной и языке кино

Grazia
Виктория Вудхалл: прорицательница, суфражистка, финансистка и неудавшийся президент Виктория Вудхалл: прорицательница, суфражистка, финансистка и неудавшийся президент

Виктория Вудхалл — борец за права женщин и сторонница свободной любви

Forbes
Муравьи питаются молочком, которое дают муравьиные куколки Муравьи питаются молочком, которое дают муравьиные куколки

Куколки играют важную роль в жизни муравейника. Они дают молоко

TechInsider
Актриса Виржини Эфира: «Иногда нужно отбросить мысль о том, как все сделать правильно» Актриса Виржини Эфира: «Иногда нужно отбросить мысль о том, как все сделать правильно»

Виржини Эфира — о своей работе в новой картине, где она сыграла сразу две роли

СНОБ
Классики и современники. Часть 1 Классики и современники. Часть 1

Как спектакли по классическим произведениям выражали своё время

Полка
Как выявить чушь в интернете: 10 правил критического мышления Как выявить чушь в интернете: 10 правил критического мышления

Как же правильно проверять информацию в интернете?

Psychologies
Гид от стилиста: как научиться разбираться в трендах и быть модной Гид от стилиста: как научиться разбираться в трендах и быть модной

Если ты хочешь научиться разбираться в моде, нужно держать руку на пульсе

VOICE
Как главная звезда фильмов 1990-х Кёрсти Элли лишилась контрактов, славы и красоты из-за обжорства Как главная звезда фильмов 1990-х Кёрсти Элли лишилась контрактов, славы и красоты из-за обжорства

История борьбы Кёрсти Элли с лишним весом

VOICE
484 сантиметра на двоих: трагическая история любви самой высокой пары в мире 484 сантиметра на двоих: трагическая история любви самой высокой пары в мире

Как считаете, какого живется людям, чей рост составляет почти 2,5 метра?

TechInsider
Зима в голове Зима в голове

SAD — это не просто хандра, которую советуют лечить комфортом

Здоровье
Смена сезонов Смена сезонов

Мы отказались от любых правил и дали себе свободу готовить то, что хотим

Bones
Когда можно бросить начатое: 5 ситуаций — мнение психотерапевта Когда можно бросить начатое: 5 ситуаций — мнение психотерапевта

Пять примеров, когда бросить начатое не только возможно, но и необходимо

Psychologies
Жемчужина династии Жемчужина династии

В романе «Королева Марго» весь сюжет написала сама Маргарита

Дилетант
Дружба с Пушкиным и вражда с Крыловым: шесть русских писательниц XVIII–XIX веков Дружба с Пушкиным и вражда с Крыловым: шесть русских писательниц XVIII–XIX веков

Современники относились к ним предвзято, а потомки почти забыли

Forbes
У женщин есть суперспособность! Они могут вычислить, женат ли мужчина или одинок. У женщин есть суперспособность! Они могут вычислить, женат ли мужчина или одинок.

Мужчины буквально пахнут иначе, когда у них есть или нет девушки

TechInsider
Что делать, если пробка от вина или шампанского сломалась: рабочие методы открыть бутылку Что делать, если пробка от вина или шампанского сломалась: рабочие методы открыть бутылку

Как добраться до напитка, если пробка в бутылке крошится и ломается

TechInsider
Милое создание Милое создание

Эти симпатичные самодельные мелочи украсят твой дом и порадуют близких

Лиза
Охотница на педофилов: история убийцы Миранды Барбур, которая выдавала себя за подростка Охотница на педофилов: история убийцы Миранды Барбур, которая выдавала себя за подростка

Убийство, совершенное Мирандой Барбур, на первый взгляд выглядело заурядным

VOICE
Когда на асфальте слишком тесно. Суперкары, которые стали внедорожниками Когда на асфальте слишком тесно. Суперкары, которые стали внедорожниками

Спорткары, умеющие преодолевать пересеченную местность

РБК
Открыть в приложении