3D-печать: сегодняшний опыт и перспективы на будущее
О знаковых проектах, реализованных в Германии, рассказывает руководитель лаборатории развития бизнеса компании PERI Андрей Яров.
Форма не имеет значения
Для начала напомним, как устроена 3D-печать – в строительстве ее принципы такие же, как и везде: трехмерная модель сначала конструируется на компьютере, а затем по ней с помощью специального строительного принтера возводится здание. Главные преимущества такого подхода по сравнению с традиционным – скорость и экономическая выгода. Кроме того, 3D-печать помогает решить кадровую проблему, которая сейчас стоит в строительной отрасли очень остро. Кстати, это повышает и престиж строительных профессий, ведь молодежь предпочитает интеллектуальный труд физическому, а такие технологии, как 3D-печать, преображают стройку, ведь на смену грязному ручному труду приходит работа на компьютере.
Нельзя не вспомнить и о таком преимуществе 3D-печати, как гибкость. Классическое сооружение бетонных конструкций выглядит так: ставится форма – опалубка – а затем в нее заливается смесь. Опалубка чаще всего представляет собой собранные воедино прямые щиты, что создает определенные проблемы, если необходимы криволинейные или наклонные поверхности. Как следствие, для формирования подобных элементов требуются более сложные опалубочные короба и опорные конструкции, а это дополнительное время и деньги. 3D-печать легко решает эту проблему – скорость возведения прямой, криволинейной и наклонной стены на принтере примерно одинакова.
Эти и другие преимущества 3D-печати были неоднократно подтверждены на практике. Хотя 3D-печать зданий – процесс не новый, большая часть проектов, созданных до недавнего времени, представляла скорее proof-of-concept, нежели полноценный аналог здания, построенного по «классической» технологии. В компании PERI решили пойти дальше и «напечатать» здание, которое бы по своим свойствам и характеристикам ничуть не уступало традиционным конструкциям. Поэтому было принято решение возвести жилой дом. Подобный подход накладывает определенную ответственность и ограничения, но в компании хотели создать прецедент и поставили цель, чтобы напечатанное на 3D-принтере здание было официально введено в эксплуатацию и одобрено государственными надзорными органами.
Напечатай и живи!
Для реализации пилотного проекта была выбрана Германия, поскольку строительные нормы в этой стране одни из самых строгих в мире – более жесткие требования разве что в Японии. Компания подала заявку в два муниципалитета с расчетом на то, что хотя бы один согласится протестировать эту технологию. В итоге согласились оба, поэтому было решено возвести два здания – в Бекуме (Северный Рейн – Вестфалия) и в Валленхаузене (Бавария). При этом для соблюдения всех норм и процедур были проведены тщательные испытания «печатных» конструкций, необходимые для подтверждения их прочностных и других характеристик.
Двухэтажный коттедж в Бекуме площадью около 80 кв. м стал первым в Германии жилым домом, полностью напечатанным на 3D-принтере. Печать началась в сентябре 2020 года, а уже летом 2021 года здание было сдано в эксплуатацию. Администрация земли Северный Рейн – Вестфалия поддержала проект и инвестировала в него 200 000 евро. Что касается технологий, то они с легкостью прошли все нормативные проверки в очень короткие сроки. После этого был «напечатан» жилой дом на пять квартир в Валленхаузене общей площадью около 380 кв. м.
В обоих проектах использовался принтер портального типа COBOD BOD2. Особенность устройства данного вида в том, что печатающая головка установлена на пространственной раме и перемещается в трех плоскостях со скоростью 1м/с. Сейчас это самый быстрый строительный принтер на рынке – он способен за пять минут возвести 1 кв. м двойной бетонной стены, а размер готовой конструкции ограничен лишь размерами самой рамы.
Более того, принтер спроектирован таким образом, что позволяет параллельно решать несколько задач, например закладывать водопроводные трубы на этапе печати. Для сравнения: при строительстве классическим методом сначала в опалубке бетонируются монолитные стены, а потом начинается процесс формирования отверстий под трубы. Таким образом работа с использованием традиционного подхода выполняется дольше и требует больших трудозатрат.
Наконец, для работы с принтером нужны всего два оператора, а печатающая головка контролируется видеокамерой. Так, если в опасной зоне появляется человек, работа останавливается автоматически.
Сейчас опыт, полученный в Германии, расширяется на другие страны и континенты: у подразделения 3D-печати домов компании PERI есть офис в США, и там же был реализован третий проект. Кроме того, недавно завершено расширение головного офиса международной строительной компании STRABAG в Австрии, где также были задействованы технологии 3D-печати.
Резюмируя, можно сказать, что 3D-печать выходит из зоны хайпа и превращается в основополагающий тренд. Благодаря своим преимуществам данная технология способна в долгосрочной перспективе полностью изменить процесс строительства. Это касается и России – по оценкам Министерства инноваций города Москвы, рынок строительной 3D-печати в 2027 году будет оцениваться в 0,1 млрд долларов. Конечно, для успешного ее внедрения предстоит решить ряд вопросов, начиная от нормативного регулирования и заканчивая решениями для печати в условиях низких температур, но это лишь вопрос времени.