Возможно ли собрать строительный 3D-принтер за 50 тысяч рублей? 
Ответ – да.

Nikita Zherebtsov
Идет загрузка
Загрузка
08.01.2020
17154
62
3D-печать

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

32

На сегодняшний день применение 3D-принтеров в строительстве не только активно практикуется, но и само оборудование постоянно модернизируется. Модернизация требует исследования, а исследование невозможно без экспериментов. Именно поэтому я задумал этот проект, который, как мне кажется, не только ускорит процесс развития, но и не потеряется в ветке эволюционного совершенствования всей технологии 3D-строительства.

Цели и задачи

Много лет работая с аддитивными технологиями, в частности, со строительными 3D-принтерами, я задумался об одном немаловажном практическом вопросе. Как создать на строительной площадке однотипные повторяющиеся элементы, сделанные по принципу послойного нанесения смеси с максимально низкой себестоимостью? Разработка подобной технологии позволила бы печатать опалубку и тем самым быстро создавать множество одинаковых объектов. Подобное решение могло бы минимизировать расходы при печати малых форм, опалубки и т.п., к примеру, при массовой застройке.

Уже изначально я понимал, что такая технология должна быть не только экономичной, но и более дешёвой, чем наиболее распространённый на данный момент способ. Как сейчас решается задача создания опалубки, колонн и других малых архитектурных форм? Самый дешёвый вариант – это отливка изделий в форму. Это выглядит так: готовим форму из деревянных досок, заливаем в неё бетон или цемент – смотря, что строим, ждём высыхания. После высыхания получаем готовую конструкцию: опалубку, балку, перекрытие, колонну и тому подобное. Просто, дёшево, но трудозатратно из-за невозможности многоразово использовать форму (ее необходимо собирать из досок снова), и медленно.

В результате эксперимента я хотел получить альтернативу, применив свой опыт аддитивных технологий. Осуществляя задуманное, я отталкивался от обратного: строительный принтер компании Апис Кор, в создании которого я принимал участие, являлся универсальным, призванным разнообразить архитектурный ландшафт за счёт возможности печатать объекты любых форм и размеров. Мне же в рамках исследования было необходимо создать узкоспециализированное оборудование, печатающее только по заранее заданной траектории, то есть один и тот же архитектурный элемент.

Претворяем идею в жизнь

Оговорюсь, что мой проект изначально был достаточно авантюрный по замыслу и нищенский по бюджету. Я решил опробовать собрать принтер, используя метод движения каретки по криволинейной траектории с использованием зубчатого зацепления, я имел в своём распоряжении лишь:

  • Станок лазерной резки
  • Токарный станок
  • Два шаговых мотора

Для теста я решил выбрать П-образную конструкцию с габаритами 1,5 Х 1,5 метра и высотой до 2 метров, что-то похожее на шахту лифта, или колонну, или другой элемент строительной конструкции.

Проектировка не заняла много времени. Быстро накидав концепт сборки в CAD, я принялся варить раму из алюминиевых профилей и труб.

Задуманная мной конструкция состояла из трёх узлов:

  1.  механизм подъема платформы,
  2.  сама платформа с рейкой с зубчатым зацеплением, которая базируется на раме, 
  3.  каретка с двигателем и экструдером.

Механизм подъема

Чтобы не усложнять и не удорожать итоговую стоимость конструкции, я сварил простую пространственную раму из стальной трубы, которую нашел в цеху. Механизм подъема состоял из асинхронного двигатель мощностью 750 Вт, который вращал шкиф и наматывал тросик, присоединенный к платформе. Так как мощность двигателя была невысокой, ему не хватало момента чтобы поднять платформу весом около 70 кг, и пришлось добавить противовес – небольшой бетонный блок.

Платформа

Самым сложным было выстроить правильную геометрию зубчатого зацепления. Так как траектория криволинейная, пришлось повозиться с реализацией. Платформу с зубчатым зацеплением я вырезал на станке лазерной резки из обычной стали, а раму делал уже по месту из алюминиевого профиля для облегчения конструкции. 

Каретка

С кареткой всё было чуть сложнее, так как нужно было решить несколько задач, учитывая сложное криволинейное движение: скомпоновать в один механизм ролики, которые катятся по рейке, зубчатое колесо с мотором, а также учесть возможность поворота экструдера вокруг своей оси. Для движения каретки я использовал асинхронный двигатель на 250 Вт.

Тесты экспериментального механизма

При первом же запуске я понял, что не учел расположение провода питания мотора, который движет каретку, с каждым слоем он всё туже наматывался на шланг. Проблема была успешно решена – я установил поворотный контактор, после чего продолжил тестирование.

Проводя исследование, я отметил, что портальная конструкция строительного 3D-принтера имеет важное достоинство: траектория не уходит с увеличением высоты отпечатанной конструкции. Поэтому я сосредоточился на непосредственном наблюдении за механизмом каретки.

Проведённые мной тесты были проведены несколько раз и дали устойчивый положительный результат.

Итоги эксперимента

В результате мне удалось:

  • Создать работающий механизм, выполняющий поставленную перед ним задачу – печатать структуру требуемой формы.
  • Уложиться в бюджет. На все работы было израсходовано порядка 50 тысяч рублей.

Учитывая вышесказанное, я сделал вывод, что предложенный мной механизм может стать достойной альтернативой существующей технологии отливки и найти себя при строительстве небольших объектов повторяющейся формы. 

В целом я утвердился в мысли, что аддитивные технологии имеют большой потенциал для использования в различных сферах, в том числе, в строительстве. 3D-печать же, войдя в нашу жизнь, позволит значительно оптимизировать строительные процессы, ускорив их и значительно удешевив.

Инженер-конструктор Никита Жеребцов

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

32
Комментарии к статье

Комментарии

08.01.2020 в 21:56
3

Тупиковый путь, на мой взгляд. Понадобится изменить форму - половину принтера переделывать.

08.01.2020 в 22:29
1

В этом и был смысл, чтобы создать конструкцию, которая может печатать только 1 вид конструкции. 

08.01.2020 в 22:36
4

Но зачем, если пусть в три раза дороже, но получается конструкция, которой можно печатать любые формы без переделки половины принтера? :)

Не, может быть и есть конторы, которые годами льют из бетона одно и то же изделие и только его одно...

08.01.2020 в 22:48
1

Ну, например, компании, производящие ЖБ-кольца или столбы для ЛЭП. Пользуются все тем же дедовским способом отливки бетона в форму.

А в целом, это лишь эксперимент и претворение в жизнь своей идеи. Будет ли у такой конструкции будущее - время покажет)

08.01.2020 в 23:23
1

Да, но такие компании, как правило, производят десятки видов ЖБ-изделий :) 

09.01.2020 в 16:20
0

Тоже считаю что прикол печати бетонных изделий что бы можно было задать проект . А печатать одно и тоже , ну такое себе . Но человек молодец ! Всё равно не просто так ! Молодец! 

09.01.2020 в 16:34
1

Да я не спорю - молодец, смог сделать... Только не нужно оно :)

09.01.2020 в 02:13
4

Эм вроде как для столба арматуру укладывают в центрифугу и заливают бетон. И далее вращая это дело, создают стенку столба. 

Вряд-ли 3д принтер сравняется по производительности, да и как в печать внедрить арматуру тоже не ясно. 

09.01.2020 в 15:29
0

Кольца да, а столбы скорее нет..

puh
09.01.2020 в 16:33
0

И кольца, скорее всего, нет. Кому нужны кольца такой толщины - внутренняя и внешняя печатная опалубка плюс заливаемый между ними армированный бетон? :)) Мало того, что дикий перерасход материала, так еще и вес вырастает в два-три раза :)

Никита, а ты крут, вопросов нет!! Зачетно!

13.01.2020 в 16:09
0

Не легче ли тогда форму для отливки сделать?

08.01.2020 в 22:16
0

круто, если оно отобьется - игра стоила свеч и позволит вложиться в принтер для второй формы
потом возможно и для полного портала пойдет (без сарказма)

круто когда принтеры  используются в продакшн с нуля


08.01.2020 в 22:26
0

Интересное решение. Для строительства мастерской использую)

Какая скорость печати? Как быстро высыхает бетон? экономически оправдано? 

Без опалубки не обойтись, только теперь это траектория движения.  

08.01.2020 в 22:42
0

Скорость печати в районе 10-15 метров в минуту, зависит от используемой смеси и настроек оборудования. В моем случае скорость застывания смеси была около 7 минут. 

Экономическую часть нужно считать для каждой ситуации в отдельности. Если его построить и не использовать - не оправдано. А вот если печатать на нем, например, колонны и продавать их - то вполне можно построить для себя экономику)

08.01.2020 в 23:02
5

Отсутствие армирования, слоистость конструкции (отсутствие работы конструкции при поперечном усилии), отсутствие виброуплотнения смеси, отсутствие крупного заполнителя (а значит цена = космос).

Вы точно инженер-конструктор, что после вышеуказанных минусов говорите об изготовлении колонн методом послойной печати? 

Я понимаю, что все мы мечтаем, о таком чудо-принтере, что поставил на пару суток и коробка дома для ИЖД готова, но это же утопия сейчас.

А концепт классный.

08.01.2020 в 23:24
0

Отсутствие армирования, слоистость конструкции (отсутствие работы конструкции при поперечном усилии), отсутствие виброуплотнения смеси, отсутствие крупного заполнителя (а значит цена = космос).

Это же печать только несъемной опалубки. Потом внутрь вставляется арматура и заливается бетоном :)

09.01.2020 в 08:49
2

А сколько потом будет стоить обработка этой не съемной опалубки? Может по старинке изготавливаем съемную опалубку, собираем, заливаем и все? И дешевле, и быстрее, а главное нужны только руки )

09.01.2020 в 09:02
0

тем более, что опалубка может быть легко сборно-разборная.....


мне кажется все же, что это в угоду красивой идее за счет экономики

09.01.2020 в 10:28
0

Мне кажется что это не более чем идея для сколково. Урвать очередной гранд, а потом по тихой слиться в виду отсутствия заказчиков )

09.01.2020 в 14:15
2

А не надо обрабатывать, надо объявить эту корявость как дизайнерскую фишку :))))

Сейчас вон модно всякие скамеечки да урны для цветов печатать строительными принтерами, да и вообще строительный принтер - это модно :)))

09.01.2020 в 15:30
0

Смотря в каком направлении слои располагать..

09.01.2020 в 16:22
0

Армирование стеклоармотурой я думаю можно присобачить к данному изделию без особых вложений 

09.01.2020 в 21:35

Комментарий удалён

08.01.2020 в 22:42

Комментарий удалён

08.01.2020 в 23:00
2

Считать точно надо. Электричество, время, состав (фибра), квалификация персонала.

08.01.2020 в 23:20
3

Комментарий скрыт

Ваш скепсис по поводу конструкции понятен. А переход на личности здесь не уместен, так как Вы меня не знаете и я не знаю Вас. 

09.01.2020 в 01:58
0

С таким подходом и 3д печать вообще не нужна.  На станках надо делать и из чугуна лить . Если это сделали,  значит мозги еще работают. Неплохое решение , мне нравится.  А насчет прочности и прочего. .. так пятиэтажки до сих пор стоят, хоть и срок службы вышел. А в частном секторе вообще из чего не попадя дома строят и стоят, не падают . Если расчитали верно и хватает , значит норм.

09.01.2020 в 16:31
0

Про мозги можно будет говорить когда эта придумка пройдёт испытания в реальной работа.

В остальном вы сами себе противоречите. Хрущёвки потоиу и стоят что их изначально расчитали, а не потому что если стоят значит расчитывали.

 Что касательно обсуждаемого девайса если его даже довести до рабочего состояния то он так и останется просто дорогой игрушкой. В реальной жизни это просто не нужно

 Если уж на то пошло могу подарить автору идею. Печатать например всякие статуи и тд, тоесть то что в единичных экземплярах произвести реально дорого. Но для этого надо придумать что-то чтобы принтер выдавал либо тонкие слои либо какую-то пост обработку как например ацетоновая баня для FDM. Вот тогда и поглядим что это за инженер.

09.01.2020 в 16:36
0

могу подарить автору идею. Печатать например всякие статуи и тд

С описанным принципом статуи не получатся :) Потому что с таким принтером сечение изделия по всей высоте одно и то же :)

09.01.2020 в 17:49
0

так я и написал что этот девайс нужно дорабатывать

09.01.2020 в 19:18
0

То есть делать нормальный строительный принтер, коих уже великое множество :)

08.01.2020 в 23:35
2

Ну а почему нет? Для серийного изделия пойдет, вернее в некоторых случаях использование такого агрегата вполне возможно. Стоит себе такой и печатает колонну или основу для лавочки. Вставил после печати арматурный каркас да залил бетоном. На опалубке и времени на нее можно съэкономить. 

Тем более автор уже сделал этот аппарат в железе, а не потрещать о нем зашел, уже достойно уважения!

09.01.2020 в 08:54
0

На опалубке и времени на нее можно съэкономить. 

Ну как сэкономить? Она работает, требует обслуживания и т.д. Уже ни о какой экономии речи не идет. оке, сделали такую опалубку на производстве, а как ее доставить и не ухандокать? И не по одной же штуке? Тут бетонный кольца ломают, а уж это...

Ну и не забываем - визуальная составляющая. Представь что обычная опалубка после себя оставляет без малого гладкие поверхности. Останется слегка замазать огрехи если есть и все. Как быть тут?

Ну и самое главное - какую массу может принять в себя данная конструкция без обрешетки? Можно ли с помощью такой опалубки получить колонну скажем в 1м в диаметре и 10 метров в высоту? А с тем учетом что она будет скажем как ваза с сужением внизу и расширением вверху?

09.01.2020 в 04:34
3

Всё-таки столбы делать из досчатой опалубки и заливать бетоном намного быстрее. Нужно ещё подумать над применением даного девайса.

09.01.2020 в 09:07
0

если над приенением уже произведенного девайса требуется думать, то получается что он недодуман перед изготовлением....


вместе с тем, творческая попытка автора в адаптации 3д печати для строительных дел вызывает уважение   

09.01.2020 в 06:00
2

Спасибо автору за смелость, терпение и трудолюбие (если, конечно, он всё сам руками выпиливал). В противном случае - всё грустно.

Давай, внимание - без личностей, "пройдемся по конструкторским решениям. 

1. Задачу распределять тяжелый вязкий массив вещества по заданной плоскости с заданной точностью решать при помощи консольного узла, значит заведомо закладывать в конструкцию высокий процент погрешности, компенсация которого отразиться в затратах на пусконаладку, сервисное обслуживание и ненадёжность при работе долгими циклами.

2. Отказ от реализации координатного стола для перемещения укладочного инструмента нерационален и чрезмерно усложняет конструкцию (в том числе по её производству, эксплуатации и обслуживанию). Учитывая наличие в современной торговой сети точно профилированных экструдированных или сварных металлоконструкций, а также разнообразие качественных роликов с различными покрытиями организовать недорогую каретку, на мой взгляд не составляет труда.

3. Техническое решение с зубчатым зацеплением по профильной направляющей, на мой взгляд может подойти для "чистого" производства, но не для цементно-бетонных работ. Риск попадания твердого инородного тела в редуктор и зубчатую передачу неоправданно велик и может привести к экстренной остановке механизма, в результате чего недоделанная деталь будет списываться на убытки.  

Вот лишь несколько вопросов из немалого их количества, которые возникли в моём многопрофильном мироощущении при беглом взгляде на предложенную конструкцию. 

Хотя про организацию подачи раствора к соплу автор ничего не разъяснил, мне видится, что  эта задача ему действительно удалась. Но, возможно, это авторское решение не подлежит окраске. С этим соглашусь.

P.S. И, ещё. Из картинок непонятным осталось решение скольжения каретки по криволинейной направляющей. Если это то, что я думаю, то скрипа будет - "мама не горюй"....

(Написано из уважения к авторской работе)

09.01.2020 в 08:19
2

Весьма спорная конструкция...

На мой взгляд - тупиковый путь.

И кольца для колодцев, и столбы и фундаментные блоки и много чего другого льют в многоразовые формы, сборка-разборка которых занимает минимум времени - замена многоразовых форм на печатную опалубку будет нерентабельна.

Малые архитектурные формы делать на принтере стоимостью 50 тысяч рублей??? смысл... разъемная многоразовая форма будет стоить примерно столько же...

Единственное, где это оправдано - сравнительно большие по размеру конструкции, для которых опалубка будет стоить дороже 50 тысяч... Но и крупноразмерный принтер будет стоить куда поболее 50 тысяч...

Так что - весьма скептически отношусь с данной идее.

09.01.2020 в 10:16
3

Смотрю, идея вызвала много критики, хотя есть и одобрение. Автору однозначно желаю продолжать работу. Конкретно этот принтер вижу как концепт, который, может быть, и выстрелит, возможно, не в том виде, что сейчас.

Как вариант, можно делать сменные шаблоны разных форм, по которым ездит каретка. А ещё шаблоны можно собирать из типовых элементов (прямые линии, радиусные фрагменты и т.д.) Тогда не сильно усложняя конструкцию можно сделать аппарат универсальнее.

Кстати, в вашей конструкции заранее известно где будут внешние стенки, а это делает возможным добавление на печатающую каретку элементов для сглаживания фактуры слоев

09.01.2020 в 21:40
0

делает возможным добавление на печатающую каретку элементов для сглаживания фактуры слоев

Судя по конструкции сопла, эта возможность заложена изначально. Если я не ошибаюсь сопло как флажок вращается (как на чпу раскроечном). Это дает возможность на боковой поверхности сопла крепить элементы для придания нужной фактуры.

puh
10.01.2020 в 06:08
0

Возможно, уже и предусмотрено. Из статьи я этого не увидел. Да и на результатах печати нет сглаживания.

09.01.2020 в 12:42
0

Да это тот самый Никита Жеребцов, принтер которого в Дубае домик построил.

https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/iz-pervykh-ust-rasskaz-inzhenera-apis-cor-o-stroitelstve-rekordnogo-3d-pechatnogo-zdaniya-v-dubae

Если, это Вы, а не однофамилец, то эти 50 000 не пропали даром, не так ли ?

puh
14.01.2020 в 03:23
0

У него прямо в профиле это написано, что это он )

09.01.2020 в 13:19
1

Мужик молодец!!!!!  Я бы в космос с ним полетел!!

09.01.2020 в 15:32
0

Как proof of concept - годная штука.

Но как коммерческое изделие, ИМХО, уступает модульной несъемной опалубке.

Видел в использовании блоки примерно как шлакоблоки размером, но пустотелые с толщиной стенки около 2 см без дна и крышки. Их собирают как конструктор, в полость вставляют арматуру, если нужно, и заливают бетоном. Два каменьщика без крана за месяц подняли двухэтажный дом около 80 кв. метров площади.

Комментарий удалён

09.01.2020 в 22:43
0

хм...

Что за раствор?)

10.01.2020 в 03:17

Комментарий удалён

10.01.2020 в 06:03
0

Прочитал отзывы и статью.  Но не раскрыл для себя как в данном устройстве работает экструдер и подача материала (смеси) . 

10.01.2020 в 19:22
0

За 50 000! Вот это и есть прорыв, остальное детали.

11.01.2020 в 00:27
1

Не верю что 50. 

Ничего не сказано, а значит не подсчитано:

Устройство для приготовления смеси

Насос подающий бетон

Печатающая головка

15.01.2020 в 12:34
0

У него сарай с запчастями, поэтому дёшево. У меня больше вопрос какие движки используются - асинхронники - то не пойдут.

11.01.2020 в 04:42
0

На мой взгляд  идея принтера именно в таком исполнении - мертворожденная. Ведь преимущество принтера как такового, в универсальности геометрии полученного результата. Т.е. она (геометрия изделия) зависит только от заложенной программы (G-кода). А тут всё жестко собрано, раз и навсегда. Но как идея для развития: предусмотреть модификации направляющих рельс под различные конфигурации. Рельсы сделать, например, на подобии игрушечной железной дороги. Вот, задача для инженера-конструктора.

14.01.2020 в 12:06
0

Фирма, в которой он работает, в Дубае получила подряд на печать здания....

12.01.2020 в 01:17
0

Осталось добавить поворотный сглаживатель и тогда "слоистость" уйдет, а изделия приобретут более законченный вид 

13.01.2020 в 11:12
0

Накинулись. Не пойдет, не попрет... 

Человек сделал. Человек пользует. Ему норм - покупать никого он не заставляет. Если ему удобнее делать так, чем лить - отчего нет то? У него уже есть собственноручно и для себя изготовленный девайс, полезен он или нет - ему виднее. В любом случае очень интересный опыт - у меня вот такого нет :)

- а не подскажете, какую смесь используете для печати?

13.01.2020 в 20:31
0

новое для колодцекопателей!  на площадку пригоняют такого монстра с необходимым шаблоном, загоняют одного негра копать яму, в это время из говна что достают с колодца, полимера и прочей химии мешают рабочую смесь, заправляют станок и он начинает тупо делать кольца пока негр  подкапывает. вот так напечатало полметра - опустили , ещё полметра - опустили... 

15.01.2020 в 04:35
0

Да не столь важно сейчас устройство кинематики - у каждого свои потребности а вот система подачи состав расходного материала и устройство самой печатающей головки очень было бы интересно узнать

20.01.2020 в 02:20
0

Проект интересный. 

Какая плата управляет данным принтером? 

Какой раствор заливаете? 

Может я не внимательно читал, но как происходит подача раствора ? 

Какая программа режет на слои? 

20.01.2020 в 08:22
0

Вы невнимательно читали. На слои никто ничего не режет - принтер способен заливать аппаратно заданный периметр. Без настройки и изменений. Один и тот же - способен печатать только "строго вертикальные" изделия, без наклонов или изменения сечения.

Поэтому проект и вызывает столь неоднозначную реакцию.

20.01.2020 в 10:53
0

А какой состав раствора? 

20.01.2020 в 10:57
0

Откуда мне знать? автор самое интересное не раскрыл...

24.01.2020 в 18:43
0

А состав бетона каков? Тут же нужен "специально обученный", быстросохнущий, но тогда состав необходимо непосредственно замешивать. 

Я может не внимательно что-то прочитал? Что-то упустил?

Идея более чем путёвая, реальная. Ну а там всякие критики.... Так на то они и нужны чтобы самому голову не ломать и "петушиные" места в конструкции самому не выискивать.

Насчёт колец - там нужна арматурная сетка.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Тест-обзор пластиков "SolidFilament"

Российская группа-3 D-принтер BIGTREETECH. Ждём вас.

Промывочная станция для фотополимерных моделей. (Моя версия))

Пара рабочих в масштабе 1:43.

Cup Holder или Переноска для кофейного стакана.

Основание(Base) для USB-разветвителя