Сглобяеми елементи и принтирани кофражи

Сглобяемият подход означава елементите да се принтират в цех, да отлежат при контролирани условия и да пристигнат на обекта готови за монтаж. Той се различава от печатането на място по това, че въвежда транспорт, такелаж и фуги, но в замяна дава повторяемост, целогодишна работа и възможност за бракуване без последици за обекта. Отделен и често по-практичен вариант е принтираният елемент да не е крайният продукт, а кофраж, в който след това се полага армиран бетон.

Какво може да се принтира

Принтират се стенни секции с ограничен габарит, фасадни панели, парапетни елементи, шахтови пръстени, подпорни и седящи блокове, основи за градско обзавеждане, както и специални детайли, които иначе биха изисквали еднократен кофраж.

Отделна група са принтираните кофражи. Тук се печата тънка обвивка, съответстваща на външната форма, а вътре се поставя армировъчен кош и се излива обикновен бетон. Обвивката може да остане като част от елемента и да служи за лицева повърхност или да се отстрани, ако сместа е избрана да бъде разрушима. Този подход е практичен, защото носещата функция се поема от материал с известно поведение и с действаща нормативна база, докато принтирането поема само формата.

Трета възможност е хибридна: принтира се част от елемента, а друга част се отлива върху него в същата форма. Така се получава например седящ блок с принтирани страни и отлята горна плоскост или фасаден детайл с принтиран релеф и отлят гръб с вградени закладни части.

Съображения при проектирането

Габаритът се определя от транспорта, не от машината. Ширината на платното, височината на надлезите, достъпът до обекта и товароносимостта на крана определят максималния елемент. Този анализ се прави преди геометрията, а не след нея.

Точките за повдигане и за временно подпиране се проектират като част от елемента. Всяка фаза от живота му се проверява отделно: изваждане от работната площадка, складиране, товарене, повдигане, монтаж. Много често критичното натоварване идва от повдигането, а не от експлоатацията.

Фугите поемат допуските. Проектирането на фугата включва ширина, начин на уплътняване, отвеждане на вода и начин на поемане на температурните деформации. При принтиран елемент фугата се проектира по-широка, отколкото при отлят, защото геометричните отклонения са по-големи.

Връзките между елементите се решават по познати схеми: заливане на кухини с армиран бетон, механични съединения през вградени закладни части, последващо напрягане при редица от елементи. Изборът зависи от това дали сглобката поема конструктивни усилия или само собствено тегло.

Накрая, ако се печата кофраж, се проектират обратно: първо армировъчният кош и покривният слой бетон, след това дебелината и формата на обвивката, накрая траекторията. Обвивката трябва да издържи на натиска от прясно излетия бетон, което ограничава скоростта на изливане и височината на един етап.

Материали и дълготрайност

При производство в цех сместа работи при по-стабилни условия, което улеснява поддържането на постоянна реология. Това е основното технологично предимство на подхода: разликата между първия и последния елемент в серията намалява.

Отлежаването също може да се управлява. Покриване, поддържане на влажност и, при нужда, контролирана температура ограничават пукнатините от съсъхване, които при печат на открита площадка са по-трудни за избягване.

Когато принтираната обвивка остава като лицев слой, тя определя поведението на елемента спрямо вода и мраз. Тогава изискванията към плътността и към водопопиваемостта на печатаемата смес са същите, както при фасаден елемент. Когато обвивката е само кофраж и се покрива впоследствие, изискванията към нея са по-леки и са главно към формоустойчивостта.

Заслужава да се отбележи, че принтираната обвивка и излетият в нея бетон имат различни коефициенти на съсъхване и различни модули. Ако не се вземат мерки, на границата между двата материала се получава пукнатина. Обичайните решения са грапава вътрешна повърхност на обвивката, свързващ слой или приемане на разделянето като проектно решение с независим лицев слой.

Процес и срокове

Последователността в цеха е: подготовка на модела и машинния код, подготовка на работната площадка и на основата, върху която ще се печата, замесване и проба на сместа, печат на елемента, ранно отлежаване на място, преместване в зона за отлежаване, поставяне на армировка и заливане при кофражни елементи, довършителни работи, маркиране и складиране.

На обекта следват приемане на доставката, проверка на геометрията, монтаж с временно укрепване, изпълнение на връзките и на фугите, довършване.

Продължителността се определя от няколко независими фактора: времето за печат на един елемент, времето за отлежаване преди повдигане, броя елементи, които могат да отлежават едновременно на площадката, и ритъма на транспорта. Много често ограничението не е машината, а площта за отлежаване. Ако всеки елемент трябва да стои дни наред, преди да може да се мести, площадката се запълва и печатането спира.

Графикът на монтажа зависи от крана, от достъпа и от готовността на основата. Забавяне в основите се отразява директно върху складовата площ в цеха.

Ограничения

Транспортът въвежда ограничения, които не съществуват при печат на място. Габаритът, масата и уязвимостта на елемента при манипулация ограничават решенията и увеличават разхода.

Фугите са конструктивна и архитектурна слабост. Всяка фуга е място за проникване на вода, топлинен мост и точка, която изисква поддръжка. Сглобяемото решение винаги има повече фуги от монолитното.

Армирането остава ограничението и тук. Принтираният елемент сам по себе си е неармиран и крехък на опън. Именно затова подходът с принтиран кофраж е привлекателен: той измества конструктивната функция към армиран бетон, за който съществуват изчислителни методи и нормативна база, докато за самия принтиран материал такава липсва.

Анизотропията и качеството на междусловната връзка остават определящи за поведението на елемента и трябва да се доказват с изпитване върху принтирано пробно тяло, а не върху отлято.

Накрая, сглобяемото производство има смисъл при повторяемост. Един елемент носи целия разход по подготовката и по настройката на сместа, а складовата и транспортната организация остават същите.

Concreef в контекст

Concreef работи именно в цехови режим: нает цех в София, крановият принтер Crane WASP и екструдер LDM XXL. Това е и естественият за момента подход, защото позволява контролирани условия и повторяеми опити.

Произведеното дотук са пробни стенни отпечатъци с размер около метър и изпитвания на смеси. Няма серийно производство, няма доставени елементи и няма изпълнен обект. Възможността за принтирани кофражи е сред разглежданите посоки, но към момента е предмет на опити, а не предложение за услуга. Всяко запитване се обсъжда откровено, включително това какво още не е доказано.