Мюнхенские инженеры создают 3D-принтеры для печати строительных конструкций произвольной формы

Инженеры Мюнхенского технического университета (TUM) совершенствуют технологии строительной 3D-печати, экспериментируя с различными материалами и разрабатывая новые аддитивные установки. Наиболее интересен проект 3D-принтера, выстраивающего бетонные блоки за счет выборочного нанесения связующей цементной смеси.Абсолютное большинство современных методик строительной 3D-печати основаны на технологии Contour Crafting за авторством профессора Бероха Хошневиса. По сути, технология является разновидностью робокастинга: строительные смеси наносятся с помощью экструдера, установленного на портальной конструкции или манипуляторе. В частности, портальным 3D-принтерам отдает предпочтение ярославская компания «Спецавиа», построившая первый в России жилой 3D-печатный дом. А вот иркутская компания Apis Cor, напечатавшая демонстрационное здание в Ступино, создала телескопический манипулятор на поворотной платформе. Одна из главных проблем экструзионной печати заключается в подборе правильной композиции строительной смеси. 3D-принтер может использоваться как для печати декоративных элементов, так и несъемной опалубки. В последнем случае размер печатаемых блоков может достигать внушительных размеров, а иногда стены здания возводятся за один прием. Соответственно, смесь должна достаточно быстро затвердевать, чтобы напечатанные стены не растеклись под собственным весом, но не слишком быстро, чтобы слои успевали хорошенько схватываться.Мюнхенские исследователи решили применить в качестве расходника вариант основательно подзабытого, хотя и многообещающего материала – опилкобетона, близкого родственника арболита. Этот материал представляет собой комбинацию цементного раствора и обычных древесных опилок, тогда как арболит состоит преимущественно из более крупной древесной щепы. Главная прелесть арболита и опилкобетона заключается в низкой теплопроводности, за счет чего эти смеси служат одновременно конструкционными и теплоизолирующими материалами. В 60-х годах именно из арболита были построены модули антарктической станции «Молодежная». В наши дни такие материалы применяются довольно редко, однако могут обрести популярность среди печатников-строителей ввиду еще одного полезного свойства – пониженной удельной массы, снижающей вероятность саморазрушения свежих слоев. Блоки на иллюстрации выше напечатаны опилкобетонной смесью с пределом прочности на сжатие в районе 10 Н/мм² и теплопроводностью на уровне 0,25 Вт/(м·K).Но самые интересные опыты проводятся в подвале кафедры деревянных конструкций и строительства, где одна из лабораторий практически целиком занята экспериментальным 3D-принтером. Установка занимательна тем, что печатает блоки произвольной формы, используя вариант струйной печати. Идея позаимствована у итальянского инженера Энрико Дини, изобретателя технологии D-Shape. Методика напоминает порошковые «гипсовые» 3D-принтеры, где слои формируются за счет нанесения связующего материала. В опытных аппаратах Дини в качестве расходного материала используется песок, а байндером служит эпоксидная смола, либо оксиды металлов и хлорид магния. Немецкие же инженеры печатают бетонные конструкции, нанося на последовательно укладываемые слои песка хорошо разбавленный цементный раствор, либо выборочно напрыскивая воду на слои цемента. Привлекательность этого метода состоит в возможности печати блоков практически любой формы, включая бионические структуры, так как песок в рабочей камере служит опорным материалом. В экструзионной печати построение наклонных элементов сопряжено с трудностями, знакомыми всем пользователям FDM 3D-принтеров – навесные элементы необходимо как-то поддерживать снизу. С другой стороны, струйную строительную печать сложнее масштабировать, так что этот вариант годится скорее для изготовления отдельных блоков. Пока что аппарат использует одну позиционируемую головку, хотя в следующей версии для повышения производительности планируется установить струйный массив, а рабочий объем довести до десяти кубометров. Демонстрацию работы прототипа можно увидеть в ролике: А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.