Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого разработал портативный мобильный 3D-принтер для печати строительных материалов, малых архитектурных форм и конструкций для строительства. Их можно распечатать как на строительной площадке, так и в лаборатории.
Руководитель проекта, магистрант университета Олег Кротов, видит уникальность разработки в том, что объекты можно печатать на поверхностях любой кривизны. По мнению разработчиков, созданный ими мобильный 3D-принтер способен полноценно конкурировать с традиционными строительными технологиями в малоэтажном строительстве, а крупные российские строительные компании могут использовать его для печати кладочных материалов. Поэтому университет рассчитывает занять нишу на рынке строительных технологий.
Руководитель проекта отмечает, что стоимость смеси, из которой печатается объект, ниже примерно на 15%, если сравнивать с обычным бетоном. Кроме того, еще около 20% от сметы можно сэкономить на рабочей силе, поскольку при производстве будет задействован только оператор принтера. Технология экономит не только финансовые ресурсы, но и временные: напечатать на 3D-принтере небольшой дом площадью 36 квадратных метра, который будет состоять из 60 элементов (стены, фундамент, кровля), получится за 80 часов. При применении стандартных технологий этот дом построили бы за две-три недели.
В команде, которая занималась разработкой портативного мобильного 3D-принтера, трудятся инженеры-строители и робототехники, IT-специалисты, а также PR-специалисты, освещающие ход реализации проекта. Сотрудничество со специалистами из разных сфер важно, поскольку строительство домов постепенно становится междисциплинарной задачей. Сегодня необходимо не только иметь навыки в области проектирования зданий и знания свойств бетона, но и разбираться в области робототехники и машиностроения.
Еще в 2020 году Олег Кротов принимал участие в седьмом science-митапе (проект Совета молодых ученых СПбПУ), став его спикером. В рамках прошедшего мероприятия ученые обсуждали строительный принтинг. По их мнению, он может выступать альтернативой традиционному строительству. В своем выступлении Олег Кротов перечислил основные преимущества разработанной технологии: свобода в создании любых форм из бетона, сокращение сроков строительства, экономия материалов, уменьшение трудозатрат. С помощью строительного 3D-принтера девелоперы легко смогут создавать все необходимые элементы послойно из быстросхватываемого бетона. По словам молодого ученого, такая технология является аналогом стандартного 3D-принтера.
Проректор СПбПУ Виталий Сергеев подчеркивает, что университет рассчитывает со своей технологией выйти на реальный рынок. Как правило, вуз монетизирует свои технологии через малые инновационные предприятия: создается коммерческая структура, куда университет входит как владелец интеллектуальной собственности. Другой вариант —- прямая покупка изделия и технологии строительной компанией. В России сегодня существует несколько фирм, которые изготавливают строительные 3d-принтеры. В мире сданы в эксплуатацию напечатанные жилые дома.
Примечательно, что Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого стал одним из первых вузов, который осознал перспективность 3D-печати и начал развивать данное направление в своих лабораториях. Здесь помощью технологии 3D-печати производятся изделия для различных сфер — начиная с медицины и заканчивая авиастроением.
В начале этого года ученые СПбПУ разработали 3D-принтер, который способен напечатать изделия из самых прочных материалов, например, из титана. Производительность этого принтера в четыре раза выше, чем у аналогичных, по словам одного из разработчиков, руководителя Лаборатории легких материалов и конструкций Санкт-Петербургского университета Петра Великого Олега Панченко. Возможность печатать любые материалы появилась благодаря камере с инертной атмосферой. Кроме того, при 3D-печати можно использовать одновременно два разных материала мы можем. Используя возможность использовать сразу две разные проволоки, специалисты могут способны печатать изделия из инновационных материалов с градиентными переходами в структуре. Эта технология увеличивает производительность установки и обеспечивает возможность создания композитов.
Основное предназначение данной разработки заключается в печати изделий из титана, который часто используют из-за высокой прочности и небольшой, по сравнению с размерами, массы. Новая установка также может печатать детали из стали, а также алюминиевых, магниевых и никелевых сплавов.
В основу этого 3D-принтера, по словам разработчиков, заложены несколько уникальных технических решений. Например, в нем производится послойная наплавка, при которой проволока плавится за счет горения электрической дуги. Такая особенность отличает разработанный принтер от других принтеров, которые обычно применяют для печати из титана. С помощью него можно изготовить 4-килограммовое изделие из титана за один час.
С 1 января 2021 года действует предварительный национальный ПНСТ 495-2020, в котором определены общие правила применения аддитивных технологий и трехмерной печати. Норматив действителен до 2024 года. А летом 2021 года Правительство РФ приняло концепцию развития аддитивных технологий (3D-печати). Михаилом Мишустиным, премьер-министром, 14 июля 2021 года было подписано распоряжение №1913-р о концепции развития аддитивных технологий до 2030 года. Суть аддитивной технологии заключается в послойном наращивании и синтеза объектов.
Концепция закрепляет несколько положений:
- Организация производств 3D-принтеров и комплектующих к ним;
- Создание и актуализация необходимой нормативно-технической базы;
- Создание благоприятной организационной и правовой среды для продвижения новых технологий с минимумом организационных и регуляторных барьеров;
- Активное импортозамещение.
При принятии концепции власти обещали государственную поддержку ключевым отраслям экономики в этой сфере.
Аддитивные технологии сегодня активно применяются в строительной сфере, наиболее вероятно, что спрос на строительные 3D-принтеры будет и дальше расти. По прогнозам, к 2024 году рынок 3D-строительства будет оцениваться в 1,6 миллиардов долларов.
В настоящее время существуют несколько типов строительных 3D-принтеров, которые отличаются друг от друга конструкцией, в также методом возведения стен здания. Существуют портальные, двух и четырехопорные, циркульные конструкции, а также конструкции на на базе руки-манипулятора. Особенность именно строительных 3D-принтеров является их способность печатать небольшие архитектурные формы или детали сооружений с последующей сборкой их непосредственно на объекте или печать здания целиком на месте его возведения.
Несмотря на популярность аддитивных технологий, эксперты не уверены, что 3D-строительство способно изменить рынок недвижимости радикально, обеспечив собственными квадратными метрами малоимущих. По мнению Питера Коэна, директора американской коалиции CCHO, которая занимается строительством доступного жилья, сама технология 3D-строительства не может стать решением проблемы, поскольку такое строительство еще нуждается в трудоемких и дорогих процессах,несмотря на то, что 3D-печать все же позволяет снизить расходы девелоперов.
Безусловно, 3D-строительство обладает несколькими преимуществами. Так, по сравнению с традиционным строительством, индустрия 3D-домов оставляет меньший углеродный след, потребляет меньше энергии, чаще использует экологически чистые материалы и не оставляет отходов, что положительно влияет на экологическую ситуацию.
ОЕФ
