Строително 3D принтиране

Строителното 3D принтиране е приложението на едроформатно адитивно производство към сгради и строителни елементи. Вместо бетонът да се излива във форма, машина полага материала по траектория, изведена от цифровия модел, слой след слой, докато елементът се появи. Физиката на полагането е същата както при 3D принтирането на бетон изобщо; строителното принтиране се различава по мащаба, по условията на обекта и по това, че резултатът трябва да отговаря на нормативни изисквания, а не само на очакванията на клиента.

Как работи

Всяка операция по строително принтиране стъпва на машина, материален поток и последователност. Машината движи дюзата в определен работен обем. Три семейства доминират: портални принтери, които обхващат зоната на релси и дават правоъгълен обем; кранови принтери с рамо, които описват кръг около централна мачта; и роботизирани рамена, които дават пълен контрол върху ориентацията в малък обем и често се монтират на релса или подвижна база.

Материалният поток е или порционен — смесител, който зарежда помпата на цикли, или непрекъснат, при който суха смес и вода се съединяват с контролиран дебит непосредствено преди помпата. Непрекъснатото смесване е подходящо за дълги принтове без прекъсване; порционното е по-просто и по-разпространено при малък мащаб.

Последователността тежи повече, отколкото се очаква. Принтираният елемент рядко се изпълнява на един дъх: отворите изискват притискащи греди, закладните части се поставят на точния слой, армировка или изолация се вгражда в хода на принтирането, а машината трябва да може да спре, без да остави видима студена фуга. Затова планирането на принта е по същество строителна технология, а не просто разрязване на модела на слоеве.

Съществуват два модела на внедряване. При принтиране на обекта машината се разполага върху фундамента и конструкцията се изгражда на място. При принтиране в цех елементите се изработват в работилница, отлежават, довършват се, превозват се и се монтират. Цеховият вариант премахва зависимостта от времето, дава равна основа за първия слой и позволява машината да работи непрекъснато по няколко поръчки — затова повечето търговски активни производства днес работят точно така.

Ключови параметри

Извън избора на машина, параметрите, които решават успеха на принта, са същите както при всяка екструзия: ширина на нишката, височина на слоя, скорост, време на отворения слой и ранна коравина на разтвора. В строителен мащаб се добавят още два. Равнинността на основата е критична, защото първият слой се полага върху нея — няколко милиметра грешка долу се пренасят нагоре. Атмосферните условия също, защото температурата, вятърът и прякото слънце променят скоростта на втвърдяване: настройка, която работи при 12 °C, не работи при 32 °C.

Приложения

Утвърдените приложения са стенни черупки за ниско застрояване, неснемаем кофраж за колони, ядра и подпорни съоръжения, технически съоръжения като шахти и помпени камери, както и елементи на ландшафта и инфраструктурата, обвързани с конкретно място. Извън сградите същите машини произвеждат градско обзавеждане, кашпи, фасадни панели, акустични елементи и рекламни обеми — оттам обикновено започват малките производства, защото тези продукти стигат до клиент без процедура по конструктивно одобрение.

Прототипирането е самостоятелно приложение. Принтирането на стенен фрагмент в реален размер показва поведението на нишката в ъглите, границите на надвеса и повърхностното качество така, както засега никоя симулация не може.

Предимства

Кофражът отпада, което при геометрично разнообразна работа е най-голямото спестяване. Промяната на формата почти не струва, така че всеки елемент може да е различен без преоборудване. Материалът може да се степенува по сечението — по-дебело там, където натоварването е голямо, кухо там, където не е. Цифровата верига от модела до машината премахва един етап на пренасяне на данни, а с него и цял клас грешки. По-малко хора работят около кофраж и повдигателни операции. При цехово производство принтирането може да върви извън редовното работно време с минимален надзор, след като параметрите са доказани.

Ограничения

Принтирането не покрива цялата сграда. Плочи, покрив, фундаменти, изолации, хидроизолации, инсталации и довършителни работи остават класически, така че общият срок се определя от дейности, които принтирането изобщо не докосва. Интегрирането на армировката е нерешено и е основната пречка пред конструктивното приложение. Одобрението минава индивидуално, което добавя разход и време. Квалифицираните оператори са малко, а необходимата квалификация е хибрид между бетонна технология, CAM и машинна поддръжка. Атмосферните условия ограничават работата на обекта. Ремонтът на неуспешен принт е неудобен: за разлика от лят елемент, принтираният не може просто да се вибрира и долее. Не на последно място, публичните твърдения за скорост и цена в сектора често са непроверени — всяка цифра без посочен източник заслужава да се чете като реклама.

Контекстът на Concreef

Concreef е в ранен, предтърговски етап. Оборудването е принтер Crane WASP, инсталиран в работилница в София, а проверимият физически резултат досега са тестови стени с височина около един метър, принтирани за разработване и документиране на работни параметри, плюс експерименти с материали от местния пазар. Няма завършени сгради, няма изпълнени клиентски проекти и към момента няма регистрирано дружество.

Това поставя работата ясно в цеховата категория: контролирана среда, равна основа и повторяеми условия — правилното място за изграждане на надежден набор параметри, преди каквото и да било да се опитва на обект. Посоката в близък план е по-голяма височина на принтиране, по-добро характеризиране на сцеплението между слоевете и обекти в мащаб на елемент — обзавеждане, кашпи, панели — а не конструктивни части на сгради, защото точно те могат да бъдат изпълнени честно в рамките на доказаните днес възможности.