Современный 3D принтер для строительства домов в натуральную величину

Современный 3D принтер для строительства домов в натуральную величину

3D принтер – это устройство для печати трехмерных физических моделей. Другими словами – это устройство, которое создает физические объекты путем последовательного наложения слоев. Конечно, на сегодняшний день уже никого не удивишь такими технологиями. Однако данная область активно развивается, и каждый год на свет появляются новые, удивительные принтеры с невероятными возможностями. К примеру, 3D принтер для строительства домов в натуральную величину.

0.1. Строительство дома при помощи 3D принтера

Конечно, такие принтеры имеют внушительные размеры и высокую стоимость. Они работают с различными строительными материалами, такими как цемент, гипс и другие. На данный момент строительный 3D принтер находится в стадии разработки и те модели, которые имеются в настоящее время, являются экспериментальными моделями. Однако, не смотря на это, такие устройства имеют достаточно большие перспективы.

Что собой представляет 3Д-принтер для строительства

Оборудование позволяет создавать в условиях цеха малые архитектурные формы, элементы сооружений для последующей их сборки на месте. Также возможна 3D-печать дома непосредственно на фундаменте. Высота печатаемого здания в зависимости от модели может составлять более одного этажа. Для регулировки высоты в комплектации строительного 3Д-принтера могут быть электроподъёмники.

Как правило, это техника, не требовательная к месту монтажа и готовая к выполнению задач даже на плохо подготовленной площадке. Запуск и вывод принтера на рабочую мощность не занимают много времени.

Оборудование работает следующим образом. Материал выдавливается через экструдер и послойно накладывается при перемещении печатающей головки по рабочему полю. Затраты на него минимальны, поскольку в большей степени он состоит из цемента марки 500, доступного по цене и представленного в любой точке продажи стройматериалов.

Что такое 3d печать металлом?

При использовании 3d принтера, вы можете работать с различными типами материалов. Сегодня наиболее распространенными материалам являются пластмассы различного типа.

Пластмассы недорогие и доступные, что делает их популярным для бизнеса и потребителей. Но пластмасса – не единственная возможность. Люди уже начали использовать 3d печать цементом для постройки домов, и даже делают на 3d принтерах продукты питания! Другим вариантом является 3d печать металлом. 3d печать металлом несет революцию в массовое производство и изменяет сам подход к изготовлению деталей. Ожидалось, что 3d печать поглотит все остальные технологии, но пока этого не произошло. Но когда удастся сделать процесс печати металлом доступным и быстрым, он изменит все.

При использовании 3d принтера, вы можете работать с различными типами материалов. Сегодня наиболее распространенными материалам являются пластмассы различного типа.

Пластмассы недорогие и доступные, что делает их популярным для бизнеса и потребителей. Но пластмасса – не единственная возможность. Люди уже начали использовать 3d печать цементом для постройки домов, и даже делают на 3d принтерах продукты питания! Другим вариантом является 3d печать металлом. 3d печать металлом несет революцию в массовое производство и изменяет сам подход к изготовлению деталей. Ожидалось, что 3d печать поглотит все остальные технологии, но пока этого не произошло. Но когда удастся сделать процесс печати металлом доступным и быстрым, он изменит все.

Как работает 3d печать металлом?

3d печать металлом начинается, как и любая другая 3d печать, с цифрового проекта, на основании которого 3d принтер распределяет слои материала. Но при печати металлом работа выполняется одним из трех способов.

Первый способ — это спекание металла. При спекании металла тонкими слоями наносится металлический порошок и связующее вещество, напоминающее клей. Перемежающиеся слои металлического порошка и связующего вещества накладываются друг на друга и формируют требуемую конструкцию детали. Этот процесс повторяется до завершения всей детали, что может занять несколько часов.

Металлический порошок, не используемый во время процесса, помогает поддерживать конструкцию и отделяется от нее после завершения работы. После того, как деталь сформирована, она еще очень хрупкая. Поэтому завершенное изделие помещается в печь с температурой 350 градусов на 34 часа, чтобы удалить всю влагу и упрочнить спекание.

Второй способ — это оплавление порошковых покрытий. Этот процесс очень похож на спекание металла, за исключением того, что вместо связующего вещества используется источник энергии, например, лазер.

Лазер нагревает нанесенный на конструкцию металлический порошок, расплавляет его, и создает твердый слой. Этот процесс повторяется, пока не будет получена требуемая деталь.

Последний способ выполнения 3d печати металлом называется направленным осаждением материала. Этот процесс использует металлическую проволоку или металлический порошок. Двигающаяся в разных направлениях форсунка накладывает слой за слоем металлическую проволоку или порошок до тех пор, пока требуемая конструкция не будет сформирована. По завершению, производится расплавление металла при помощи лазера или электронного луча. Такой процесс, как правило, применяется для ремонта уже существующих металлических объектов, но его также можно применять и для создания новых объектов «с нуля».

Используемые материалы для бетона в строительном 3D принтере

Основными материалами для строительства домов с использованием 3D принтеров являются бетон и пескобетон. Для облицовки могут применяться водостойкие виды гипса. Некоторые модели создают конструкции из смесей, в составе которых содержатся пластификаторы, фиброволокно, геополимеры.

Для получения более прочных конструкций выполняют армирование. Рабочие вручную устанавливают арматуру как горизонтально, так и вертикально. В последствии выполняется заливка пустот бетонной смесью.

В отличие от ручного строительства, экономия материалов может составлять до 50%.

Объемная печать может осуществляться различными материалами, что зависит от параметров принтера. От этого зависят эксплуатационные характеристики получаемых моделей.

Оборудование для объемной печати работает на следующих материалах:

• Порошок.
• Гипс.
• Фотополимер.
• Воск.

Порошковые принтеры

Данные устройства исходя от параметров детали установленных на чертеже наносят по периметру подставки связующее вещество. Поверх него укладывается порошок, после чего осуществляется спекание. Далее цикл повторяется. За один проход достигается подъем заготовки на миллиметры, поэтому процесс продолжительный особенно при создании крупных моделей. Неоспоримым преимуществом является то, что такие 3D принтеры могут работать с металлической пудрой.

Гипсовые устройства

Такой 3D принтер на самом деле может работать не только с гипсом, но и различными шпаклевками, и цементом. Этим оборудованием пользуются для создания статуэток, а также интерьерных украшений. Применяя такое устройство можно получать произведения искусства или модели, необходимые для создания силиконовых форм для отливки.

Фотополимерные принтеры

Это самые распространенные разновидности печатных устройств, которые имеют наиболее доступную стоимость. В продаже встречаются различные комплектующие для их сборки. Нередко подобные 3D принтеры изготовляются самостоятельно из самодельных и заводских деталей. Для заправки такого устройства применяется полимер, сделанный в виде длинной проволоки накрученной на катушку. Принтер печатает расплавленным пластиком. В дальнейшем он застывает под воздействием ультрафиолетового луча или просто при остывании.

Такие устройства используются для создания фигурок, шестеренок и других комплектующих для механизмов. Фотополимерный принтер печатает очень медленно. Продолжительность распечатки даже простеньких моделей может занимать десятки часов. Распространенной проблемой при использовании подобных устройств является смещение заготовки при печати, что случается в результате ее плохого приклеивания к основанию. Как следствие полученные изделия отправляются в брак. Такая проблема решается путем нанесения специальных клеев на подставку, на которой осуществляется печать. В этом случае адгезия между первым слоем модели и основанием увеличивается.

Восковые устройства

3D принтеры на таком материале применяются сравнительно редко, в связи с недостаточной прочностью воска и низкой температурой его плавления. Однако столь легкие для разрушения модели являются отличным решением при создании предметов из бронзы путем литья. Восковые изделия помещаются в слой песка таким образом, чтобы осталось только отверстие для заливки. В него заливается расплавленный металл. Он сжигает воск и занимает его место. После застывания получается такая же модель, но уже из бронзы, латуни, золота или алюминия. Именно таким оборудованием пользуются современные литейные мастерские, что многократно повышает производительность труда в сравнении с ручной лепкой.

Популярные технологии 3D печати

Существует около десятка технологий, по которым могут работать 3D принтеры. Далеко не все из них отвечают требованиям дешевизны и скорости печати, поэтому самыми популярными считаются всего 4 типа:

1. FDM.
2. SLA.
3. SLS.
4. 3DP.

FDM – это самая популярная технология. Это обусловлено невысокой стоимостью оборудования и сравнительно неплохим качеством печати. Такие устройства печатают пластиковой нитью. Принтер ее расплавляет, после чего формирует каплями пасты слои модели.

SLA принтеры вторые по популярности, и уступают только по цене, в то время как качество их работы на порядок выше. Они позволяют печатать очень точно, поэтому применяются при изготовлении моделей для производства ювелирных изделий. Их лазерный луч просвечивает ванну с жидким полимером, заставляя его точечно застывать. После извлекается полностью готовая модель без пустот.

SLS принтеры намного дороже, чем предыдущие виды. Они используют для печати порошок, который запекается лазером. Благодаря этому детали приобретают высокую степень прочности, поэтому во время печати не могут разрушиться, что исключает производство брака, конечно если программное моделирование сделано без ошибок. В качестве самого порошка могут применяться различные материалы, такие как бронза, керамика, литейный воск, стекло и так далее.

3DP оборудование подразумевает изначальное нанесение клея, после чего насыпается слой порошка. Устройство распространяет материал слоями. Полученные изделия внешне напоминают гипс. Для создания заготовок разных цветов колер добавляется в клей, а не в порошковые материалы. Такими устройствами можно печатать даже съедобные вещи. В этом случае в качестве порошка используется шоколадная крошка или сахар, а также специальный пищевой клей.

Сфера использования 3D принтеров

Подавляющее большинство печатного оборудования позволяющего создавать трехмерные модели применяется в качестве развлекательного устройства, с помощью которого изготовляют фигурки и различные предметы интерьера. 3D принтеры доступного ассортимента на большее и неспособны.

Существуют более совершенные устройства, которые применяют профессионально в различных сферах:

• Архитектуре.
• Дизайне.
• Ювелирном деле.
• Автомобильной промышленности.
• Стоматологии.
• Аэрокосмической промышленности и т.д.

С помощью 3D принтера осуществляется изготовление стоматологических имплантов, сложных деталей для автомобилей и даже целых домов. В мире существует несколько крупных печатных установок, которые печатают стены домов. Это большие принтеры, собираемые на строительной площадке. Их печатная головка двигается по периметру ранее созданного фундамента и тонкими слоями укладывает раствор. Благодаря наличию в составе полимерных добавок он сравнительно быстро застывает. Такая технология позволяет ускорить процесс и снизить затраты на одноэтажное строительство. Все же подобное оборудование не идеально, поскольку требует ручного изготовления фундамента, а также крыши. Получаемые стены имеют гребенчатую поверхность, на которой просматриваются все слои. Это решается использованием штукатурки или листовых отделочных материалов.

Критерии выбора 3D принтера

Подбирая устройство для объемной печати можно увидеть, что технические параметры принтеров существенно отличаются даже среди оборудования действующего по одной технологии.

Чтобы не прогадать, нужно обращать внимание в первую очередь на такие параметры:

• Цена материала печати.
• Скорость печати.
• Область печати.
• Точность.

Если принтер будет использоваться постоянно, то есть смысл выбрать более дорогое устройство, которое будет работать на дешевых расходниках, чем покупать недорогой принтер и много платить за материал. Это особенно важно, если получаемые модели будут продаваться в качестве сувениров. Выгоднее делать много изделий и реализовывать их дешево. Преследуя такую цель лучше остановиться на 3D принтерах, применяющих ABS и PLA пластики.

Очень важным параметром является скорость печати. Даже самые дорогие приборы делают это долго, но дешевые могут строить модели сутками. Если принтер будет применяться для серийного производства, то получить выгоду изготавливая одну фигурку или деталь раз в несколько дней невозможно. При выборе нужно ориентироваться не только по скорости заявленной производителем, но и смотреть на жесткость корпуса устройства. Если он сделан из металла, то действительно будет печатать быстрее и качественнее, но вот приборы с пластиковыми стойками во время работы на высокой скорости расшатываются, поэтому нарушается требуемая геометрия заготовок и приходится в настройках ставить низкую скорость.

Очень важным параметром является область печати. Именно по ней можно определить насколько крупные модели удастся распечатать. Чем выше область, тем лучше, но естественно крупное оборудование стоит дороже. Однако в определенных случаях можно распечатывать модели частями, а после их склеивать

Точность печати не менее важна, чем все предыдущие параметры. Отдельные 3D принтеры создают грубые модели, которые невозможно применить практически нигде. Если же хочется делать сложные сувениры, то лучше выбрать SLA устройства.

Следует учитывать, что более дешевые принтеры подразумевают только печать одним цветом. Загрузив изначально определенный материал сделать переключение на другой не удастся. Самые совершенные устройства подразумевают заправку материалами разных цветов, после чего они комбинируются автоматически, благодаря чему получается требуемая модель.

Средние по цене устройства работают аналогично дешевым. У них загружается рабочий материал одного цвета, но во время работы если требуется использовать другой оттенок, то принтер останавливается и сообщает об этом. Нужно убрать установленные расходники и поставить новые, после чего нажать кнопку продолжить. Принтер возобновит печатать уже новым цветом. Таким образом, поставить принтер и уйти не получится. Если на момент необходимости смены материала человека не будет рядом, то принтер так и будет оставаться в режиме ожидания для замены цвета, вне зависимости от того потребуется на это несколько минут или дней.

Как развиваются медицинские
3D-технологии в России?

На территории России действует ряд успешных компаний, которые занимаются выпуском устройств и материалов для 3D-печати, развитием аддитивных технологий в разных отраслях (среди них PICASO 3D, «Импринта», «Анизопринт», «Цветной Мир» и многие другие). Немалых успехов в плане использования 3D-технологий достигла и отечественная медицина.

Например, еще в 2016 году в Нижнем Новгороде специалисты из ФГБУ «ПФМИЦ» Минздрава России провели два успешных оперативных вмешательства, в процессе которых вживили протезы тазобедренных суставов, напечатанных на 3D-принтере.

В больнице при Санкт-Петербургском государственном педиатрическом медицинском университете с 2015 года проводятся операции на сердце, которые планируются на 3D-печатных прототипах органов. Важная характеристика таких объектов состоит в том, что они моделируются с учетом всех анатомических особенностей человека и помогают хирургам провести необходимые процедуры более быстро и точно. При лечении пороков сердца это сокращает время операции и снижает риски осложнений.

Больше информации о том, как аддитивные технологии используются в современной российской медицине, вы сможете узнать из доклада главы Лаборатории аддитивных технологий ПИМУ Романа Горбатова, который выступит на седьмой 3D Print Expo 4 октября.

Как уменьшить оплывание цементной смеси

Несомненно строительный 3d принтер предназначен для того, чтобы увеличить производительность работы, которая будет зависеть от скорости его печати, которая в свою очередь будет зависеть от скорости застывания бетона. Но нельзя бесконечно усиливать действие добавки-ускорителя, так как возникает опасность ухудшения качества изделия.

Для уменьшения оплывания можно уменьшить вес бетонной массы, вводя в смесь диатомитовые шарики, используя вместо кварцевого горный песок или молотый керамзит. Также можно уменьшить толщину наносимого слоя.

Для увеличения прочности бетона (как при изготовлении ваз) желательно использовать золу и произвести армирование смеси введением полиэфирной фибры, базальтового или стекловолокна. Для уменьшения потерь водной составляющей (поскольку изделие не изолируется от окружающей среды) необходимо в состав смеси вводить эфиры целлюлозы.

Подводя итог, можно сказать, что практически все эти ингредиенты использовались как входящие в состав пластичного бетона при лепке ваз в предыдущих работах.

Для самоделкиных будет наверное интересно попробовать другой способ, имитирующий работу 3d принтера. Это выдавливание бетонной смеси с помощью клеевого пистолета. Скорость и массовость здесь не нужна. Использовать формы и арматуру — это одно, а обойтись без них — совсем другое дело. Этот метод надо будет обязательно проверить в новых работах и рассказать, что из этого получилось.