Прогрессивная строительная технология печати домов на 3D-принтерах

13. Remuzzi, A. COVID-19 and Italy: what next? / A. Remuzzi, G. Re-muzzi - DOI 10.1016/S0140-6736(20)30627-9 // The Lancet. -2020. - Vol. 395. - Issue 10231. - P. 1225-1228. - Text: electronic.

Д.В. Гридина DOI: 10.24411/9999-034A-2020-10049

D.V. Gridina

Прогрессивная строительная технология печати домов на 3D-принтерах Progressive building technology for printing houses on 3D-printers

Аннотация: В работе рассматривается технология 3D-ne4ara домов из глины. Представлены примеры применения в современной практике. Отмечаются преимущества и перспективы данной технологии. Abstract: The paper discusses the technology of 3D-printing of houses made of clay. Examples of application in modern practice are presented. The advantages and prospects of this technology are noted.

Изменения в современном мире затрагивают все сферы человеческой жизнедеятельности. Сфера строительства является динамичной, постоянно развивающейся областью, основой для внедрения высоких технологий расчета, проектирования зданий, современных методов строительного производства. То, что еще недавно относилось к области фантастики, сегодня является реальностью, - в частности ЭБ-печать в строительной сфере.

В 2012 году был презентован инновационный проект - строительство домов с помощью строительного ЭБ-принтера [1]. Данный метод имеет высочайший потенциал, ведь строительство сооружения в целом -это трудная и затратная работа, требующая времени и значительных средств. Однако с помощью строительного ЭБ-принтера возведение (или «печать») всего дома можно осуществить в кротчайшие сроки при максимальной экономии средств.

Наряду с применением современных, зачастую дорогостоящих, материалов для строительства, разработчики проектных и строительных решений нередко используют материалы, буквально лежащие под ногами, объединяя таким образом доступное сырье с новейшими технологиями. Основу применяемого в наши дни строительного материала составляет глина. Она является связующим веществом в смеси соломы, других растительных волокон с водой, т.е. состав самана, древнего строительного материала, не изменялся с незапамятных времен. В наш прогрессивный век происходит возрождение натурального композитного материала, применяемого в новейшей технологии ЭБ-печати домов посредством строительных ЭБ-принтеров. В результате такого сочетания данный метод возведения зданий становится одним из самых экологичных и дешевых, поскольку в качестве основного строительного материала используется местное

сырье, а не доставляемое с дальних расстояний. Вообще, в технологии ЭБ-печати нет ограничения по использованию печатного материала. Возможно использовать бетонные растворы, геополимерные смеси. Но именно местные природные материалы, вроде глины, наиболее привлекательны и соответствуют концепциям экологичного жилья.

Название ЭБ-печать звучит привычно для современного человека. К тому же оно полностью отражает сущность процесса. Несмотря на новаторство идеи, предложенная технология достаточно проста. Также применяется не особенно сложное оборудование.

Строительный ЭБ-принтер - это переосмысление классического строительного крана, работа которого основана на цифровых технологиях. Принцип его работы заключается в том, что подготовленная глиняная смесь поступает в магистральное устройство принтера и посредством экструзии дом слой за слоем «печатается» на строительной площадке за рекордно короткое время - в течение нескольких дней.

Выделяют три основных вида строительных ЭБ-принтеров: портальные строительные принтеры, «дельта»-принтеры и строительный принтер «роботизированная рука» (рис. 1). Каждый имеет определенное назначение и используется для конкретных задач. Портальный принтер предназначен для печати частей зданий в заводских условиях, с последующей сборкой этих частей при монтаже сооружения. Дельта-принтер и роботизированные принтеры рассчитаны для печати целого здания на месте строительства [Э].

На данный момент максимальная площадь напечатанного здания с использованием глины составляет не более Э0 м. Толщина стен - приблизительно 500 мм, что обеспечивает необходимую прочность и устойчивость сооружения. Объекты представляют собой одноэтажные здания с высотой этажа около Э м. Это

Методы

характеристики первого полноразмерного дома Gaia, напечатанного в итальянском поселке Масса-Ломбарда (провинция Равенна) в 2018 году посредством строительного «дельта»-принтера (рис. 2 а, б). Его стоимость составила всего 1035 долларов. Но практически вся эта сумма складывается из стоимости, окон, дверей, освещения. Для сооружения стен был применен грунт, взятый прямо с участка строительства, содержащий глину, песок, другие грунтовые компоненты. Местный грунт в определенных пропорциях смешивался с измельченной соломой, рисовой шелухой, гашеной известью. После добавления воды смесь была доведена до однородной консистенции, а дальше методом экструзии возводился дом [2].

Надо отметить, что метод 3Б-печати позволяет получить практически любую фактуру наружных стен, что определяет внешнюю выразительность сооружения.

Конечно, разработки идут вперед и габариты объектов постоянно увеличиваются. Так, в новый «дельта»-принтер Crane WASP вместе с технологией использования материалов на основе земли, заложена модульность и одновременная работа нескольких принтеров в «связке». Работая вместе, они способны возводить здания больших габаритов и строить в широких масштабах. Этот принтер был создан специально для нового амбициозного проекта, предложенного итальянской компанией WASP [5].

Итальянская компания WASP, известный производитель строительных 3Б-принтеров, предложила реализовать смелый проект недалеко от Болоньи (Италия). Модульный дом TECLA должен стать основой для создания автономного экогорода. Сооружение будет построено из местного природного материала - глины. Форма насыпи (основа дизайна TECLA) представляет собой универсальную модель, которая может адаптироваться практически к любому климату, оставаясь при этом энергоэффективной. Его расчетная стоимость незначительна за счет использования глины из местных источников. Это первый проект, который будет выполнен с использованием нескольких строительных принтеров Crane WASP с целью создания экопоселения из «напечатанных» домов (рис 2, в, г). Строительство предполагается вести только из местных строительных материалов. Также работа на одной строительной площадке сразу нескольких 3Б-принтеров значительно ускорит процесс строительства [5].

Широкие перспективы применения 3Б-печати в строительстве и её высокая востребованность в ближайшем будущем несомненны. Упрощаются все этапы строительных работ, а некоторые из них совмещаются или просто исчезают [1]. Это наглядно проиллюстрировано на схеме, представленной на рисунке 3: благодаря использованию метода 3Б-печати заменяются такие составляющие строительного процесса, как заводское производство готовых изделий, их транспортировка, сборка на строительной площадке, использование дополнительных трудовых ресурсов. Все эти пункты может заменить один или несколько

строительных ЗБ-принтеров [4]. При этом исключается такой важный побочный фактор строительного производства, как строительный мусор. Основные затраты времени и труда происходят на начальном этапе создания модели и подготовки площадки для будущей «печати». Затем в процессе возведения здания участвует только строительный ЗБ-принтер.

Рис. 1. Строительные 3В-принтеры: а - портальный принтер; б - «дельта»-принтер; в -принтер «роботизированнаярука»

Рис. 2. «Напечатанные» дома: а - процесс печати дома Gaia; б - готовый дом Gaia, выполненный из смеси на основе местных строительных материалов; в - принцип работы ЗО-принтеров Crane WASP над экопоселением TECLA; г - визуализация дома TECLA, составляющего основу экопоселения

Рис. 3. Основные составляющие процесса строительства традиционным методом и методом 3В-печати

Технология ЭБ-печати домов имеет ряд преимуществ перед традиционными методами строительства: предоставляются широкие возможности формирования фасадов будущих зданий за счет самой специфики работы принтера - метода экструзии, кроме того, технология отличается высокой скоростью возведения сооружений. При этом автоматизация производства сводит к минимуму человеческий фактор. Благодаря использованию местных материалов, таких как глина, можно обойтись без экологически «грязного» производства строительных конструкций, решить проблему утилизации отходов. Помимо этого, население получает доступ к дешевому жилью, и таким образом эта технология будет незаменима при строительстве домов в развивающихся регионах мира.

Технология ЭБ-печати представляет собой новый уровень развития технологий и методов строительного производства. ЭБ-печать сооружений является инновационным и эффективным средством претворения в жизнь прогрессивных архитектурных мыслей, и способна создать будущее сооружение простым, дешевым способом.

Список цитируемой литературы:

Э.К. Акперов DOI: 10.24411/9999-034A-2020-10050

E.K. Akperov

Пространственная диффузия в архитектуре на примере группы Morphosis Spatial diffusion in architecture as exemplified by the Morphosis group

Аннотация: В тезисах рассматривается подход к анализу пространств в городской среде через призму естественнонаучного понятия «диффузия». Приведены примеры пространственной диффузии в архитектуре на примере существующих объектов авторства группы Morphosis.

Abstract: The thesis discusses the approach to the analysis of spaces in an urban environment through the prism of the natural science concept of "diffusion". Examples of spatial diffusion in architecture are given on the example of existing objects of authorship of the Morphosis group.

Согласно естественнонаучной терминологии, диффуз ия (лат. diffusio - распространение, растекание, рассеивание; взаимодействие) - процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объему [1, с. 9-11]. Перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Транслируя понятие диффузии в область архитектуры, можно проследить общие закономерности, которые позволяют взглянуть на проблему взаимодействия городских пространств с нового ракурса - под углом глобального взаимодействия. Как известно, диффузия проистекает в веществах одного агрегатного состояния. Город формируется из таких пространственных явлений, как здания и окружающая их среда. В парадигме архитектуры смысловое пространство - «агрегатное состояние», коим является как окружающая среда, так и здания, а занимаемый «объем» - рамки городской среды. Результат процесса диффузии - выровненная структура занимаемого объема. Идея пространственной диффузии в архитектуре заключается в трансформации и приобретении окружающей среды нового качества и значения в результате своего внедрения в структуру здания различной типологии, тем самым обеспечивая «выровненный», гармоничный городской контекст. По своей природе проектируемое здание - пространство низкой концентрации смыслов, так как процесс его формирования происходит в уже существующей окружа-