В СМИ о 3D-печати в строительстве

Обзор публикаций

В процессе послойного аддитивного производства 3D-печать использует цифровые модели для создания индивидуальных трехмерных объектов с выдающимся уровнем точности и эффективности, экономя время, сокращая отходы и затраты на рабочую силу, открывая возможности для быстрого прототипирования и итеративного дизайна. Это позволяет архитекторам исследовать творческие возможности, проектируя сложные, нестандартные элементы в рамках промышленного и массового процесса производства [https://arch3design.ru/infografika-evolyucziya-3d-pechati-v-arhitekture-s-1939-goda].

Экскурс в историю использования 3D-печати в строительстве

Многие думают, что 3D-принтеры появились неожиданно и внезапно стали популярными. Укладывать строительный материал слоями придумала сама природа — посмотрите на результаты работы ос, ласточек или термитов. Подсмотрев у них, и человек, особенно в жарком климате, стал укладывать сырые глиняные блоки или отливать их прямо на месте. Недаром среди египетских руин встречаются блоки как будто вылитые из опалубки с рельефом прутьев. Позже началась автоматизация этого процесса. Например, в 1939 году изобретатель Уильям Э. Уршель создал первое в мире здание из послойных слоев бетона за небольшим складом в штате Индиана, США. Его так называемая «машина для строительства стен» состояла из автоматического трамбовочного механизма, который сжимал бетон между вращающимися дисками, уплотняя и разглаживая каждый слой по мере экструдирования материала [https://www.archdaily.com/1005043/infographic-the-evolution-of-3d-printing-in-architecture-since-1939]. Видимо, результат никого не удовлетворил, так как настоящая 3D-печать начала развиваться только тогда, кода к механизму укладки строительной смеси добавили управляющий механизм. При этом значительно усовершенствовав и сам процесс укладки, и строительную смесь.

Строительная смесь наносится с помощью экструдера, установленного на подвижной портальной конструкции [https://mavink.com/explore/3D-Printer-for-Construction]

Нащупывая альтернативные пути строительства, пытливые инженеры экспериментировали в различных параллельных направлениях, порой экзотических. В том числе и отечественные. Один из таких экспериментов был проведен в Ленинграде, где в 1961 году на улице Торжковская построили экспериментальный дом из пластика. Это сооружение выделялось несколькими преимуществами: коттедж возводился за короткий срок, а себестоимость жилья в нем была ниже, чем у стандартных хрущевок. Тем не менее, большого распространения эта идея не получила, так как техническое обслуживание таких домов выходило очень дорогим. Помимо этого, жилище не было приспособлено к резким перепадам температур [https://t.me/historypeterburg].

Долгое время 3D-печать в строительстве была лишь экзотикой, штучным перфомансом архитектурного искусства. А вот в промышленных масштабах она стала использоваться совсем недавно. Первые реальные строительные проекты с использованием этой технологии появились лишь в 2014 году. Речь, прежде всего, идет о так называемых малых архитектурных формах (скамейки, клумбы, заборы). О постройке домов еще и не мечтали.

Гнездо ласточки [https://www.rountreetryon.com/artists/30-basil-ede/works/9795-basil-ede-barn-swallow-at-nest]

Осиные соты [https://www.dreamstime.com/stock-photo-macro-empty-vespiary-isolated-white-image47341366]

Термитник [https://stroiteh-msk.ru/materialy/iz-chego-stroyat-dom-termity-86-foto.html]

• В 2014–2016 гг. появились первые образцы строительных 3D-принтеров и прототипы напечатанных зданий. Проверялись концепции различных форм-факторов строительных 3D-принтеров и типов материалов печати.
• В 2017–2018 гг. в мире были осуществлены первые заметные инвестиции в ряд стартапов, связанных с применением 3D-печати в строительстве. К 2020 г. эти инвестиции окупились в виде достижения определенного уровня зрелости технологии — появились первые коммерческие продукты (3D-принтеры и дома).
• Наконец, в 2020–2022 гг. стало понятно, что гипотеза об эффективности строительной 3D-печати оправдывается (дешевле, быстрее, экологичнее), и в отрасль начали поступать крупные инвестиции. Яркие примеры этого: инвестиции GE (французское подразделение General Electric) в датскую компанию COBOD или достижение капитализации в $ 2 млрд американской компанией ICON.
• В 2022–2023 гг. в мире напечатано уже свыше 1000 зданий, происходит масштабирование от отдельных зданий/пилотных проектов до целых поселков и крупных внедрений в области инфраструктуры и ЖБИ. Кроме того, в ряде стран к настоящему моменту создана или активно создается нормативная база для внедрения аддитивных технологий в строительную отрасль [https://habr.com/ru/articles/673542].

Инфографика: эволюция 3D-печати в архитектуре с 1939 года

Что происходит с 3D-печатью в строительстве

В мире

На 3D-принтере напечатан двухэтажный дом

Бельгийская компания Kamp C напечатала на крупнейшем в Европе 3D-принтере целый двухэтажный дом. Дом площадью 90 квадратных метров — первый в мире, напечатанный целиком на стационарном принтере. Этот дом в три раза прочнее дома из легких строительных блоков. По словам руководителя проекта Марийке Аэртс, «прочность на сжатие материала в три раза выше, чем у классического строительного блока».

Требовалось очень мало усадочного армирования, за исключением волокон, уже присутствующих в бетоне. Бетонная опалубка не нужна из-за технологии печати. Сообщается, что в результате экономия времени, денег и материалов составила 60%. Например, в будущем дом можно будет напечатать всего за два дня. По мнению компании, 3D-печать в строительстве может помочь архитекторам избежать ошибок.

«Печатный» двухэтажный дом. Вестерло,
Бельгия [https://www.architime.ru]

С помощью 3D-печати в Германии построят многоквартирный дом малой этажности. Предполагается, что его жителями будут малообеспеченные граждане. На каждом из трех этажей дома будет по две квартиры, доступные по программе социальной аренды. Общая площадь здания — 651 кв. м. Кроме бетона, который используют роботизированные строительные принтеры для возведения первых двух этажей, в этом проекте будет использовано и дерево. Из него сделают крышу [https://t.me/digitalbuild].

Многоквартирный дом малой этажности

В Бразилии начал работу магазин Nescafé, напечатанный на 3D-принтере

Бразильская компания Estudio Guto Requena завершила строительство инновационного магазина Dolce Gusto Neo в Сан-Паулу. Здание возведено с применением алгоритмической 3D-печати. В качестве материалов использованы биоразлагаемые материалы и переработанный пластик. Применение 3D-печати позволило создать сложный и уникальный дизайн, сократить количество отходов в процессе строительства. Если магазин прекратит работу, то его будет легко демонтировать, не причинив вреда экологии. Древесина пойдет на переработку, а отделка стен после измельчения станет минеральным удобрением [https://4pda.to/2023/09/24/418379/novyj_kofe_magazin_nescafe_napechatali_na_3d_printere].

Магазин Dolce Gusto Neo в Сан-Паулу

В Италии напечатан дом из глины

Название Tecla представляет собой сочетание слов «технология» и «глина», вдохновленное историческими городами Италии. Чтобы создать связь между прошлым и сегодняшними технологиями, дом компанией Wasp был напечатан с использованием глины, добытой в близлежащем русле реки. Здание состоит из двух соединенных куполообразных объемов с ребристой внешней стеной, состоящей из 350 сложенных друг на друга слоев глины, напечатанных на 3D-принтере. Слои глины расположены волнообразно, что обеспечивает структурную стабильность и тепловой барьер.

Дом Tecla, напечатанный в Масса-Ломбардо, Италия

Прототип был построен с использованием многослойного модульного 3D-принтера с двумя синхронизированными манипуляторами, каждый из которых имеет печатную поверхность площадью 50 квадратных метров и способен одновременно производить компоненты. По данным строительной группы, с помощью этой технологии можно изготовить жилые модули за 200 часов, потребляя при этом в среднем шесть киловатт электроэнергии и почти полностью сократив типичные строительные отходы.

Необычная форма дома Tecla, включая его сложную геометрию и внешние выступы, является свидетельством способности 3D-печати сочетать сложный дизайн и структурную стабильность. Tecla была разработана в рамках исследования экологической устойчивости, которое показало, что красивый, здоровый и устойчивый дом можно построить с помощью машины, обеспечивая ее необходимой информацией о местном сырье.

Бетонный купол из 102 камней

На выставке компактного строительства Nordbau 2023 в Ноймюнстере (земля Шлезвиг-Гольштейн, Германия) был представлен Hexastone — купол из 102 связанных между собой камней диаметром примерно 4,5 метра. Создатели потратили два дня на печать 102 уникальных камней каждого павильона. Гибкая 3D-печать и полностью оцифрованный процесс, охватывающий все этапы — от разработки концепции до производства, позволяют формировать неисчерпаемое разнообразие геометрических форм камня и, как следствие, общую форму с минимальными дополнительными усилиями.

Hexastone — купол из 102 камней

Структурная конфигурация в целом определялась с помощью вычислительного поиска формы, в котором использовалось структурное моделирование для создания оболочечной конструкции, требующей только сжатия. Чтобы упростить печать на плоской печатной платформе, геометрия оболочки была разбита на шестиугольные модули. В отличие от традиционной кирпичной кладки, в которой для создания кривизны между однородными кирпичами используются конические швы из раствора, шестигранная оболочка создает кривизну по индивидуально наклоненному периметру каждого шестигранного камня. Это предполагает включение общей кривизны формы в каждый камень, создавая параллельные щели между камнями [https://parametric-architecture.com/hexastone-combines-traditional-architecture-with-3d-concrete-printing-technology].

Pod Skyscraper

Проект этого здания выполнен в виде каркаса с пустыми ячейками, на место которых будут устанавливаться жилые модули. Аппарат для печати готовых жилищ будет расположен на верхних этажах здания. В процессе возведения здания система печати будет подниматься все выше и выше. Доставлять материалы наверх будет специальная гидравлическая система, подвешенная к боковой части здания. Как только 3D-принтер в верхнем отсеке напечатает модуль, подъемный кран установит его в пустую ячейку. Система автоматически рассчитает, куда именно нужно встроить напечатанный модуль. Надоевшие владельцам или поврежденные модули будут извлекать из конструкции, разбирать и отправлять в хранилище или доставлять в отсек 3D-печати для ремонта [https://hightech.fm/2017/04/17/vending_machine_skyscraper].

Pod Skyscraper. Токио, Япония [https://neuroject.com/3d-printing-in-construction]

Первый 3D-печатный дом в Гватемале

В Гватемале официально установлен первый 3D-печатный дом от компании Progreso — лидера по производству промышленного бетона в Центральной и Южной Америке. Проект появился на свет при участии датской компании 3DCP Group, использовавшей для печати бетона 3D-принтер BOD2 от компании COBOD International. Этот принтер, один из самых популярных в мире, был задействован во многих подобных проектах, в частности, в США, Канаде и Мексике. Идея заключалась в том, что необходимо было построить дом с 3D-печатными стенами высотой 3 метра (примерно 9 футов). Плюс к этому, общее время изготовления этой конструкции составило 7 дней, а общее время печати — 26 часов. 3D-печать позволила создать стены с крайне органичным дизайном, что было бы довольно затратно или даже невыполнимо, используй мы бетонные блоки, из которых строят большую часть зданий в этом регионе. Помимо всего прочего, проект показал, что нет ничего неосуществимого в том, чтобы строить 3D-печатные здания в сейсмоопасных регионах. Этот проект позволил Гватемале выйти на мировую арену передовых строительных технологий [https://3d-diy.ru/blog/mirovye-novosti/pervyy-v-gvatemale-3d-pechatnyy-seysmostoykiy-dom/?ysclid=lrt4h9glf8620695880].

Другие яркие примеры полностью или частично напечатанных домов

Дома для фермерского сообщества, созданные с помощью 3D-печати. Латинская Америка [https://neuroject.com/3d-printing-in-construction]

Процесс 3D-печати дома Gaia. Масса-Ломбардо, Италия [https://neuroject.com/3d-printing-in-construction]

В России

В России первый целиком напечатанный (а не собранный из напечатанных панелей) дом появился в 2017 году в подмосковном Ступине, где при помощи строительного принтера Apis Cor был создан 38-метровый объект. Процесс печати и монтажа дома занял чуть меньше трех месяцев [https://www.bfm.ru/news/535869?ysclid=lo2ugfzbs2319034842].

В свое время появление 3D-принтера Apis Cor произвело фурор, и с тех пор в прессе периодически появляются сообщения о новых напечатанных на нем домах. Однако несмотря на то, что эта технология продемонстрировала свою перспективность с точки зрения скорости возведения жилья и снижения стоимости строительства, ее массового внедрения пока не произошло. Но процесс идет и постепенно набирает темп [https://habr.com/ru/articles/673542].

Гостиничный комплекс «Ясно поле»
[https://mperspektiva.ru/topics/nedaleko-ot-moskvy-poyavitsya-otel-napechatannyy-na-3d-printere]

Напечатанные на 3D-принтере здания становятся трендом и в туристической отрасли. В расположенном в Тульской области экопарке «Ясно поле» вскоре появится целый напечатанный на 3D-принтере современный гостиничный комплекс, который его авторы называют одним из первых, возведенных по этой технологии не только в России, но и во всем мире. Отель будет состоять из 30 домов разных форм и размеров, которые напечатают из смеси бетона, арболита и других материалов. По мнению авторов проекта, это позволит сделать постройки пожароустойчивыми и обеспечить теплоизоляцию.

По мнению основателя экопарка Дмитрия Черепкова, напечатанные дома пока вряд ли будут популярны с точки зрения их покупки и постоянного проживания — слишком необычно, необкатано, да еще и дороговато. Поэтому самые серьезные перспективы у напечатанных зданий есть именно в туристической отрасли.

Андрей Шемякин, CEO PR и консалтинговой компании SEACompany полагает, что востребованность зданий, созданных с применением 3D-печати, в туристической отрасли сильно зависит от инвесторов. «Для них немаловажным критерием является износостойкость конструкций при эксплуатации в реальных российских климатических условиях, а также стоимость домов. В случае если их стоимость будет минимум на 20% ниже традиционных вариантов, а технические характеристики не будут уступать классическим аналогам, формат может стать популярен», — отметил он [https://www.bfm.ru/news/535869?ysclid=lo2uak8n2t129283355].

В Оренбургской области запустили 3D-печать домов по уникальной технологии, созданной резидентом «Сколково». Компания «Уральская Сталь», один из ведущих производителей чугуна, литой заготовки и листового проката, подписала соглашение о строительстве в Новотроицке жилых модульных домов и бытовых помещений с использованием технологии 3D-печати. Проект будет реализован компанией «Рокет Групп» при поддержке Правительства Оренбургской области за 3 года. В ходе строительства будет использована уникальная технология с применением промышленного 3D-принтера, разработанного инженерами «Рокет Групп». С его помощью конструкции создаются из смеси на основе бетона. Проект не имеет технологических аналогов на территории России, а по масштабу превосходит все соответствующие европейские программы [https://t.me/ncpsplus].

В Ставропольском крае в 2024 году начнет работать завод по производству смесей для 3D-печати. Предприятие «Смарт микс» планирует выйти на полную мощность к 2028 году [https://tass.ru/ekonomika/18918613]. Тогда объем продукции должен достичь 416 тыс. мешков сухих смесей в год. «Этого объема хватит на строительство более 150 домов. Сейчас в Ставрополе запущено серийное производство принтеров. Мы понимаем, что рынку нужны готовые смеси для 3D-печати», — пояснил соинвестор Илья Медведев [https://sevkavportal.ru/news/pub/econom/item/68106-v-rip-stavropol-nachnetsya-proizvodstvo-stroitelnykh-smesej-dlya-3d-pechati.html].

Комплекс по изготовлению сухих смесей для строительной 3D-печати, г. Ставрополь
[https://t.me/ digitalbuild/2099]

Компания Smart Build заявляет, что устала закупать смеси у московских производителей и в следующем году откроет на Ставрополье собственное производство. Как подчеркивает телеграм-канал «Базис. Недвижимость», предприятие, в создание которого вложат около 50 млн рублей, начнет выпускать около 400 тысяч мешков сухих смесей ежегодно. В дальнейшем планируется развернуть производство премиксов с расчетом на возведение более двух тысяч (!) домов в год.

В Москве пока только два предприятия производят смеси для 3D-печати. Из-за удаленности заводов транспортировка материала до пункта назначения может значительно сократить рентабельность проектов с использованием трехмерной печати. «Для решения этой проблемы мы планируем впоследствии запустить производство премиксов, с помощью которых люди смогут сами изготавливать эти смеси. При производстве премиксов этого объема хватит на возведение более чем 2 тыс. домов», — отметил представитель компании «Смарт микс». Инвестиционный проект предусматривает вложение 55 млн рублей [https://t.me/digitalbuild/2099].

3D-строительство для села

В селе Айша Зеленодольского района Татарстана идут работы по возведению тридцати четырех домов с использованием 3D-принтера, печатающего строительными смесями. Проект реализует компания 3DLand, эксплуатирующая строительный 3D-принтер S-300 разработки и производства ярославской компании «АМТ-Спецавиа». Размер области построения таких систем достигает 11×11×4 метров [селе Айша Зеленодольского района Татарстана идут работы по возведению тридцати четырех домов с использованием 3D-принтера].

3D-принтер Alquist и напечатанная на нем конструкция из бетона [https://www.opb.org]

Стены-зигзаги. Станица Должанская, 3D-принтер Alquist и напечатанная на нем конструкция Краснодарский край [https://www.kuban.kp.ru] из бетона [https://www.opb.org]

В 2024 году в стране появится производство с расчетом на создание двух тысяч домов в год, напечатанный на 3D-принтерах современный гостиничный комплекс и нормативная база для их массового применения на стройке.

Cтроительство 3D-домов в Зеленодольском районе Татарстана
[https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/v-tatarstane-stroyat-poselok-s-3d-pecatnymidomami]

Компания «Лабромед» планирует реализовать в Клину проект по внедрению технологий 3D-моделирования и печати в строительстве. Об этом сообщили в Министерстве инвестиций, промышленности и науки Московской области. «Лабромед» собирается приобрести 10 промышленных 3D-принтеров и оборудовать учебный кампус для подготовки специалистов. Инвестиции составят 120 миллионов рублей, при этом будет создано около 60 рабочих мест. Продукция пойдет на внутренний рынок и на экспорт.

3D-печать в строительстве позволяет оперативно возводить уникальные конструкции при минимуме затрат. Работы ведутся круглосуточно с минимальным шумом и вредом для экологии. Все оборудование и программное обеспечение — российского производства. Первая установка уже смонтирована на площадке «Лабромед» и сейчас печатает каркас дома из пенобетона. В ближайшее время принтер закончит печать двухэтажного здания учебного центра. Ожидаемый срок завершения проекта — два месяца. Механизм работы следующий: сначала в компьютере выбирается необходимая программа с чертежами, затем специалисты загружают в принтер пескобетонную смесь и он начинает строить здание. При этом на стройплощадке будут трудиться всего три специалиста [https://360tv.ru/news/mosobl/v-klinu-budut-sozdavat-zdanija-s-pomoschju-stroitelnogo-3d-printera/?ysclid=lo2u5k3x8o701758805].

А что в нормативном поле?

Россия постепенно приходит к признанию потенциала использования 3D-печати в строительстве, но нормативов, позволяющих говорить о массовом применении 3D-принтеров в этой отрасли, пока нет. «Есть различные госстандарты и разрешительные документы, которые не дают возможности применять технологию массово. Надзорные органы, насколько я знаю, такой проект не согласуют. Но его можно применять в частном домостроении, при строительстве жилых помещений и создании малых архитектурных форм», — заявил РБК Татарстан директор производства пятиосевых 3D-принтеров компании «Воплощение» Сергей Сарапулов.

«В России есть проекты нормативных документов. Сложности, на наш взгляд, связаны в первую очередь с необходимостью проведения большого количества НИОКР, на основе которых разрабатываются национальные стандарты», — добавляет директор компании «АСТ ЛАБ» (стартап по разработке и внедрению специализированного состава мелкозернистого бетона для аддитивных технологических процессов в строительстве методом 3D-печати) Лилия Зиганшина.

Власти Татарстана заявили о планах разработать нормативную базу для 3D-печати в строительстве. Как сообщила РБК Татарстан, в 2024 году здесь введут в эксплуатацию одно из первых зданий, напечатанных на 3D-принтере. Опыт реализации этого проекта и предполагается взять за основу при создании общероссийских правил [https://www.bfm.ru/news/535869?ysclid=lo2u1nseqm411518441].

Совсем недавно Росстандарт утвердил 4 национальных стандарта в области 3D-печати. Стандарты, касающиеся аддитивных технологий и металлопорошковых композитов, разработаны компанией-интегратором российской атомной отрасли «Русатом — Аддитивные технологии» (ООО «РусАТ», которое входит в Топливную компанию «Росатома» «ТВЭЛ») в рамках работы в техническом комитете по стандартизации — ТК 182 «Аддитивные технологии». Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии утвердило четыре национальных стандарта, устанавливающих методы испытаний металлопорошковых композитов для 3D-печати, сообщает пресс-служба компании «РусАТ».

В утвержденных стандартах описаны методы определения ключевых характеристик металлопорошковых композитов, по которым оценивается их качество и возможность использования в 3D-принтерах. Стандарты вступили в силу 1 декабря 2023 года.

Первый в своем роде напечатанный на 3D-принтере дом, сочетающий в себе бетон и дерево
[https://news.cornell.edu]

Итак, уже сейчас в России действует 51 стандарт в области 3D-печати. А согласно перспективной программе стандартизации, созданной в рамках реализации «Стратегии развития аддитивных технологий до 2030 г.», будет разработано и актуализировано еще более 50 документов [https://ancb.ru/news/read/15949].

А дальнейшие перспективы развития строительства с использованием 3D-печати в стране во многом зависят от наличия собственных технических разработок и достаточного количества специалистов по 3D-печати — от проектировщиков и эксплуатантов объектов строительства до конструкторов самих принтеров. Крепкую отрасль суверенной экономики не построить на стопроцентном использовании импортных технологий и оборудования, не развивая при этом собственные.