Бетонни мебели чрез 3D принтиране

Бетонните мебели са маси, пейки за интериор, барплотове, основи на плотове, умивалници и корпусни модули, изпълнени от циментов материал. При 3D принтирането отпада изработката на кофраж, която при еднократна мебел обикновено струва повече от самия бетон. Резултатът е, че уникалната форма престава да бъде надценка и се превръща в нормален случай.

Какво може да се принтира

Най-добре се принтират основите: крака на маси, постаменти, барови тела, странични опори на пейки. Това са затворени в план обеми, които растат нагоре и не изискват носеща хоризонтална плоскост. Към тях се добавят кухненски и баров корпус, цокли, седящи блокове, кашпи с вградена седалка и умивалникови тела.

Типичната конструкция е двойна стена с напречни ребра. Кухината намалява разхода на материал и масата, а при нужда приема тежест за баласт, кабели за осветление, водопроводна инсталация или армировъчен прът, поставен вертикално и залят с разтвор.

Хоризонталните плоскости са отделен въпрос. Принтирането не изгражда свободно висящи плоскости без опора, затова плотът обикновено се изпълнява по друг начин: отлива се върху принтираното тяло, поставя се като готова плоча от камък или технически камък, или се прави от дърво. Комбинацията бетон и дърво е особено удобна: принтираното тяло дава масата и формата, а дървената плоскост дава работната повърхност и топлината при допир.

Принтирането позволява и неща, които при кофраж са практически изключени: плавно променящо се сечение по височина, вълнообразна повърхност, вградени ниши и отвори, както и вариации в рамките на серия, при които всеки елемент е малко по-различен от предходния без допълнителен разход.

Съображения при проектирането

Устойчивостта се проектира, а не се получава случайно. Кухата мебел е лека и може да се преобърне при странично натоварване. Затова основата се прави достатъчно широка, а кухината в долната част се предвижда за пълнеж с трошен камък или пясък.

Надвесите се планират внимателно. Всеки слой се измества спрямо предходния само частично, затова конзолни части се получават като постепенно израстване, а не като рязък износ. Ако проектът изисква истинска конзола, тя се решава с допълнителна опора или с метален елемент, вграден в тялото.

Точките за захващане и премествaне се залагат предварително. Отвори за такелажни куки, вътрешни закладни части или просто достатъчно широка основа за палетна количка правят разликата между мебел, която може да бъде внесена в помещение, и такава, която не може.

Повърхността е част от проекта. Печатните линии остават видими и се възприемат като характер. Ако това е нежелано, се предвижда шпакловане, шлайфане или покритие, което променя както изгледа, така и цената. Решението се взема преди печат, защото влияе върху избора на височина на слоя и на ширина на лентата.

Материали и дълготрайност

Печатаемият разтвор е фино зърнеста смес с относително висок дял на свързващо вещество, с добавки за управление на вискозитета и за поддържане на формата веднага след екструдиране. Едрината на добавъчния материал е ограничена от дюзата, което прави сместа различна от обичайния бетон.

За интериорна мебел определящо е не якостта, а повърхностното поведение. Циментовите повърхности са порьозни и задържат мазнина, вино, кафе и цветни течности. Затова всяка мебел, която ще се ползва за хранене или в баня, се импрегнира. Импрегнацията се подновява периодично и това трябва да се каже на ползвателя.

Ръбовете са слабото място. Неармиран циментов ръб се отчупва при удар. Проектното решение е ръбовете да се заоблят, а при висок риск да се защитят с метален профил или да се използва конструктивно влакно в сместа.

За елементи, които ще стоят навън, се добавят изискванията за мразоустойчивост и се осигурява отвеждане на водата, включително дренажен отвор в дъното на всяка кухина. Затворена кухина, която се пълни с вода и замръзва, разрушава елемента сигурно.

Процес и срокове

Работата започва с уточняване на габаритите, начина на ползване и мястото на монтаж. След това се прави триизмерен модел, обикновено параметричен, за да могат размерите да се променят без преработване на цялата геометрия. Моделът се нарязва на слоеве и се генерира машинният код.

Следва пробен печат на характерен фрагмент: най-стръмният надвес, най-тънката стена, най-рязката промяна на сечението. Този етап установява дали сместа и скоростта работят за конкретната форма и почти винаги води до корекции.

След печат елементът отлежава покрит или във влажна среда. Следва повърхностната обработка, която при мебели е по-обхватна, отколкото при външни елементи: почистване, запълване на дефекти, шлайфане при нужда, импрегниране. Накрая се монтират дървените или каменните части и се прави транспортът.

Продължителността се определя от сложността на геометрията, от обема на материала, от необходимото отлежаване и най-вече от обхвата на довършителните работи. Един прототип отнема непропорционално дълго, защото носи цялата подготовка. Повторенията в серия са значително по-бързи.

Ограничения

Принтираният елемент е неармиран или частично армиран и се държи като крехък материал на опън. Това означава нисък толеранс към удари в ръб, към точково натоварване върху тънка стена и към неравномерна опорна повърхност.

Материалът е анизотропен: връзката между слоевете е по-слаба от материала в самия слой. При мебел, натоварена на огъване, равнината на слоевете трябва да се избере съобразно посоката на натоварване.

Геометричната точност е ограничена. Ако мебелът трябва да се вписва в готов отвор или да прилепва плътно към стена и подова настилка, се залагат допуски и регулиращи елементи. Очакване за точност от рода на мебелното производство не е реалистично.

Масата ограничава приложението. Дори кух, бетонният елемент е тежък спрямо мебел от плоскости, което поставя изисквания към подовата конструкция, към асансьора и към броя хора при монтажа.

Накрая, единичното производство е скъпо. Разходът за моделиране, пробни печати и настройка на сместа се носи изцяло от един елемент. Икономиката се подобрява при серия или при семейство от варианти на обща параметрична основа.

Concreef в контекст

Concreef е ранен етап на проект за 3D принтиране на бетон в София. Няма регистрирано дружество, няма изпълнени поръчки и няма произведена мебел за клиент. Направеното до момента са пробни стенни отпечатъци с размер около метър, изпечатани в нает цех на машина Crane WASP, и текуща работа по печатаема смес.

Интересът към бетонни мебели се посреща като разработка. Обсъжда се конкретна форма, прави се пробен печат на най-трудния ѝ участък и се говори честно за това, кои свойства на материала още не са потвърдени с изпитване. Каталог с готови изделия не съществува.