Из чего сделаны 3D печатные дома

В течение последних нескольких лет новости о домах, напечатанных на 3D принтере, появляются почти ежедневно. Но из чего на самом деле строятся эти дома?

Хотя конкретные составы могут быть неизвестны общественности, доступен общий список материалов, которые успешно использовались в таких проектах, как Gaia WASP, Fibonacci House, Canal House в Амстердаме и других проектах строительства домов на 3D принтере. Это не только дает представление о том, как объединяются традиционные и развивающиеся технологии, но также позволяет заглянуть в будущее технологии.

В этой статье мы рассмотрим материалы, которые используются в строительстве на 3D принтере для прототипов, проектов и конструкций, которые уже используются.

Бетон

Не стоит путать бетон и цемент, которые чаще всего используются как синонимы. Цемент на самом деле является одним из ингредиентов бетона, наряду с водой и песком, гравием или щебнем.

Большинство проектов 3D печатного жилья, о которых вы слышали, использовали материалы, похожие на бетон. Эти материалы используют смесь цемента, песка (или щебня или гравия), волокон и иногда других материалов.

Наиболее распространенные бетонные смеси используют портландцемент (не торговая марка, а скорее общий тип цемента, который чаще всего используется) в качестве ключевого ингредиента, и такие проекты, как первый 3D печатный дом в Индии от Tvasta, создали свою бетонную смесь на нем.

Из-за проблем, которые представляет собой бетон (или более традиционная смесь на основе бетона), другие компании решили разрабатывать и использовать свои собственные фирменные бетонные материалы.

Фирменный бетон

Что такое фирменный бетон? Это важное различие, которое нужно понимать, потому что многие компании, которые занимаются 3D печатью (или разрабатывают технологию), придумали свои собственные фирменные бетонные смеси и делают их совместимыми исключительно со своим оборудованием.

Поскольку традиционный бетон не подходит для 3D печати, так как он засоряет сопло принтера и не прилипает должным образом к предыдущим слоям, для избежания этих проблем создаются фирменные бетоны.

Вместо портландцемента используют одну или несколько специальных добавок, которые не указаны в составах, но которые делают смеси функциональными. Хотя преимущества этих фирменных бетонов еще предстоит доказать в долгосрочной перспективе с точки зрения долговечности домов, они значительно упрощают 3D печать бетоном с помощью стандартной модели экструдера, как с использованием портального, так и отдельного станка.

Примеры домов из бетона

Компания Apis Cor смогла напечатать на 3D принтере первый двухэтажный проект в Дубае (крупнейший в мире на момент завершения), как сообщается, с использованием «бетона, гипса и фирменных материалов, разработанных компанией». Они не предлагают никаких материалов для продажи и использования вне своего собственного принтера и не уточняют, какие ингредиенты входят в состав.

Проект House Zero компании Icon в Остине, который привлек большое внимание СМИ во время South by Southwest (SXSW), был напечатан с использованием «фирменного материала на основе цемента, „Lavacrete“, изоляции и стали для армирования», по словам компании. Этот фирменный материал послужит основой для остальных их амбициозных проектов в Техасе.

Winsun была одной из первых компаний, успешно напечатавших здания на 3D принтере на своем китайском заводе перед отправкой их за границу, например, в Дубай. Все эти здания были построены с использованием их фирменного специального железобетона, который они продолжают использовать в своих проектах.

Когда компания SQ4D выставила на продажу первый коммерчески доступный дом, напечатанный на 3D принтере, они напрямую сравнили «бетон SQ4D» со «стандартным бетоном», чтобы показать разницу в преимуществах, не раскрывая при этом, чем именно отличается их бетон или какие ингредиенты входят в состав смеси.

DFab

Стоит отдельно выделить еще одну фирменную бетонную смесь DFab. В отличие от бетона закрытого использования, описанного выше, COBOD и Cemex объединились для создания этой широко совместимой бетонной смеси, специально разработанной для строительства с использованием 3D печати. ​​Она работает с собственным принтером BOD2 COBOD и в настоящее время используется производителем для печати домов в Омане. Создатели материала стремятся к универсальной совместимости со всеми марками цементных принтеров.

99% ингредиентов в этой специальной смеси могут быть получены строителями на месте, но COBOD Magic Mix необходим в качестве конечного добавочного ингредиента для того, чтобы смесь DFab работала должным образом.

Раствор

Раствор больше всего известен как материал для соединения кирпича, но поскольку кирпичи (и высококвалифицированные специалисты, которые их укладывают) не используются для строительства с помощью 3D печати, раствор остается в центре внимания в сфере строительства домов.

Раствор традиционно изготавливается из смеси, похожей на бетон, но с добавлением извести в качестве ключевого ингредиента, и он не такой прочный, как бетон, поэтому его используют вместо этого в качестве связующего вещества между слоями. Однако в 3D принтерах фирменные растворы более пластичны, чем традиционный бетон, что является преимуществом для процесса экструзии и приводит к меньшему количеству засоров сопел или ошибок между слоями.

Один из самых известных 3D печатных домов, Дом Фибоначчи, использовал раствор для строительства своих стен. Другие проекты от Peri и 3D Printed Farms в основном используют раствор в недавно завершенных жилищных проектах. По большей части раствор поступает от таких компаний, как Laticrete, которые производят его специально для 3D принтеров и их экструдеров.

Пластик

Можем ли мы составить список материалов для 3D печати, не упомянув пластик? Производители, которые взялись за жилищный проект, так не считают, поскольку один из самых первых домов, когда-либо напечатанных на 3D принтере, был сделан из пластика. Мы имеем в виду 3D печатный городской домик в Амстердаме, напечатанный еще в 2015 году.

Хотя некоторые могут сомневаться в целесообразности использования пластика по сравнению с другими более прочными или более устойчивыми материалами, этот проект использовал биопластик и переработанные измельченные бутылки из-под воды, поддерживая концепцию экологичности. Они также объявили, что весь дом будет переработан после того, как он перестанет использоваться. Мы не можем вспомнить, когда еще строители дома хвастались тем, что его 100% можно переработать.

Местный природный материал

Есть несколько материалов, которые могут представлять собой экологически чистую альтернативу не только с точки зрения того, как они получены, но и с точки зрения транспортировки.

Глина

Иногда новым технологиям нужно найти вдохновение в далеком прошлом, чтобы добиться успеха. Люди использовали глину и другие природные материалы для строительства своих жилищ на протяжении тысяч лет. Когда дело доходит до устойчивого строительства, строительство домов из глины является одной из самых экологически чистых концепций, поскольку глина не требует транспортировки на строительную площадку.

В 2020 году итальянская компания WASP смогла успешно изготовить дома на севере Италии, используя только глину. Проект был реализован в партнерстве с итальянским архитектором Марио Кучинелла, и, естественно, он вызвал немало шума. Хотя принтер WASP может быть высокотехнологичным, его можно транспортировать в любую точку мира и он будет успешно работать, используя местную землю в качестве печатных материалов.

Мы, возможно, не увидим эти дома в Манхэттене или Лондоне, но цель WASP по борьбе с изменением климата и сокращению выбросов будет иметь множество возможностей в сельских и развивающихся сообществах.

Рисовые отходы

Еще один материал, который считается успешным благодаря работе итальянской компании 3D печати WASP - рисовые отходы. Они составили 65% материалов, использованных для печати дома Gaia. Еще 25% составил местный грунт (например, упомянутая выше глина), а затем рисовые отходы состояли из соломы, измельченной из риса, и рисовой шелухи, которая в противном случае была бы утилизирована.

Недавно они повторили этот процесс для партнерства с Dior, чтобы напечатать два временных магазина в Дубае, используя похожую смесь сырых волокон (рисовых отходов), глины, почвы и песка.

WASP удалось превратить отходы в пригодное для жизни здание и в процессе создать дом без воздействия на окружающую среду. Многие компании 3D печати проповедуют устойчивость и преимущества технологии, но WASP входит в число лидеров с реальными результатами.

Песок

Цемент является популярным строительным материалом, но некоторые из его ингредиентов набирают все большую популярность. Первым таким материалом является песок.

D-Shape был одним из первых ярких примеров использования песка в строительстве дома в 2010 году, и сделал это путем экструзии слоя песка при высоких температурах и скоростях, а затем распыления на него материала, который затвердевал и делал песок твердым перед нанесением следующего слоя.

Поскольку процесс 3D печати похож на тот, который происходит на любительском станке дома, но с дополнительным этапом для связывания песка, нет никаких опасений, что конструкция будет сдута или смыта.

Хотя еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем строительные принтеры будут оснащены оборудованием для работы с песком, этот материал уже используется для 3D печати промышленных форм, и вполне вероятно, что в будущем он получит более широкое распространение.

Металл

Хотя нет ни одного завершенного жилого проекта с использованием металла, но это вопрос времени. Металлическая 3D печать невероятно далеко продвинулась за последние несколько лет, и такие компании, как MX3D, хотят внедрить эту технологию в строительство и архитектуру. Они уже добились успеха в производстве металлических мостов и ключевых компонентов коммерческих зданий с помощью 3D печати металлом.

Похоже, что сталь является предпочтительным металлом, но 3D печать теперь предлагает огромное разнообразие материалов, и они готовы экспериментировать с любым, который может выполнить эту работу. Нет никаких оснований сомневаться, что скоро печать домов из металла станет реальностью.

Другие материалы

Мы рассмотрели множество материалов в этом списке, но это только начало того, что будущее готовит для строительства.

Black Buffalo уже представила линейку экспериментальных сухих смесей, которые можно использовать для печати домов. Нам еще предстоит увидеть их плюсы и минусы при использовании, но Black Buffalo утверждает, что они «прошли обширные внутренние, партнерские и внешние испытания, чтобы превзойти традиционные требования к строительству».

Эти материалы включают глину, дерево, пеньку, устричные раковины (которые уже являются распространенным строительным материалом в качестве ключевого ингредиента для бетона табби) и цветные глины.

Камень

Хотя дробленый камень может быть ингредиентом некоторых из перечисленных выше видов бетона, сам по себе он является гораздо более дорогим и долговечным материалом, который известен своей гладкой поверхностью. Камень или камнеподобные вещества использовались в некоторых амбициозных жилищных проектах таких компаний, как Mighty Buildings и Concr3de.

Стоит отметить, что, как и бетон, камень получает различные запатентованные версии, разработанные для того, чтобы сделать 3D печать с его помощью намного проще. Два примера — «Crazy Magic Stone» от Winsun (который они описывают как «искусственный камень») и материал, который Mighty Buildings использует для своих готовых стен, «Light Stone» (который «застывает в камнеподобный композит»).

Лунный грунт

Недавние достижения в исследовании космоса привели к тому, что несколько компаний экспериментируют и тестируют, как создавать жилища на Луне и, возможно, на других планетах, используя местный грунт.

С целью расширения строительных возможностей на разных планетах Icon получила грант на предстоящий проект. Подобие лунного грунта будет испытано с использованием различных технологий с целью разработки «элементов прототипа для полномасштабной системы аддитивного строительства». Если проект будет успешным, Icon может получить возможность провести испытания на поверхности Луны, что еще больше увеличит развитие технологий 3D печати и строительства.

В той же области находится также LINA, 3D печатная конструкция, представленная AI SpaceFactory и Космическим центром имени Кеннеди в NASA. Планируется, что она будет использоваться в качестве лунного форпоста для поддержки астронавтов, и идея заключается в том, чтобы напечатать ее на 3D принтере как из полимера земного происхождения, так и из лунного реголита, что защитит конструкцию от специфических для Луны проблем, таких как радиация, тепловые колебания и сейсмическая активность. Однако, в отличие от традиционной 3D печати, из-за сводчатой ​​крыши, LINA будет напечатана на 3D принтере под углом 60°, а не параллельно земле.

Итог

В то время как технологии продолжают адаптироваться, поощряя использование различных материалов на Земле (и за ее пределами), очевидно, что границы возможностей 3D печати расширяются, предоставляя больше свободы в строительстве.

Наши предыдущие статьи: