Мобильные уличные 3D принтеры - решение или дорогая игрушка?

Критическая масса недовольства устаревшими портальными принтерами с жидкой подачей бетона набрана. Люди начали говорить правду. Например, как пользователь в этой статье

Портальные системы надо разбирать для перемещения на новый объект. В сборе их не перевезти. Этот фактор, в том числе, не дает развиваться отрасли. Российские производители уличных принтеров уперлись в свой предел и не могут дать рынку лучшее решение.

Что делать? Предлагаю для начала рассмотреть мировую практику принтеростроения. В этой статье я разберу четыре конструкции мобильных полевых принтеров.

1. С первой компанией предлагаю познакомиться по этому видео. В статье я буду использовать скриншоты ярких моментов из него.

Это по сути своей компактный складной гидравлический кран манипулятор на гусеничном ходу. Вытянутая стрела на одном опорно поворотном устройстве имеет недостатки. Чем длиннее рука и чем дальше от оси вращения идет печать, тем больше люфт и тем меньше сил нужно для отклонения сопла. Даже небольшой ветер будет отклонять сопло на вытянутой стреле. Другие компании с подобным оборудованием ставят компенсаторы отклонения, но о них расскажу ниже.

В начале мы видим контейнер для транспортировки. Ограждено место принтера. Предусмотрены транспортировочные крепления, предусмотрен трап для выезда. Это выгодно отличает его от портальных конструкций. Один человек довел за ручку принтер к месту печати, поставил опоры, разложил стрелу. Несмотря на гусеницы складывается впечатление, что проходимость принтера ограничена. Центр тяжести высоко, а колея траков узкая. Скорее всего допустимый крен не велик. Но это всё частные случаи при которых можно переместить такой компактный принтер краном. Отмечу, что приводы данного оборудования гидравлические, а это не рейки, цепи и ремни. Высокоточные гидравлические системы чрезвычайно сложны и могут обслуживаться и ремонтироваться только высококлассными и редкими специалистами.

Сквозь принтер продевают длинный шланг для прокачки бетона. Но как смеситель с силосом для сухой смеси появился на строительной площадке не показывают. По сути это маленький автоматический растворо-бетонный узел (РБУ). Такой комплекс стоит, как хороший внедорожник. Его нельзя устанавливать на неподготовленный грунт. Этой установкой они избавились от необходимости вручную носить и выгружать тонны сухой смеси, но силос сам не заполнится. Его загружают смесью из биг бэгов при помощи грузоподъемной техники, которую теперь регулярно необходимо привлекать на строительной площадке для этой безотлагательной операции. Не вижу на площадке бак с водой. Видимо им повезло и есть возможность подключить РБУ к водопроводу.

Принтеры с жидкой подачей бетонного теста в экструдер и автоматической системой замеса могут печатать только специализированной смесью. Проблема в том, что для прокачки по шлангу бетон должен быть жидким. а после выдавливания не растекаться и держать на себе последующие слои. Для достижения этих противоречивых свойств в смесь добавляют присадки, которые увеличивают стоимость материала.

Запуск этого РБУ требует высокой квалификации и немалый объем бетона потребуется для заполнения длинного шланга (30-50 метров) большого диаметра, после чего начинается экструзия.

Напоминаю, что напечатанные слои не несут нагрузку. Они отвечают только за форму. Это несъемная опалубка. Но эти два напечатанные слоя тонкие и длинные для укрепления слоев их связывают стальной арматурой. Это заранее заготовленные скобы, которые укладывают вручную. Принтер автоматический, но арматура укладывается регулярно вручную. Эта операция ответственная и регулярная. Значит нужно следить за номером слоя и по схеме вставлять арматуру. Удобно выполнять это пока слои не выше плеча. Но когда принтер печатает выше полутора метров нужно использовать стремянку или леса. Стальная арматура конечно проверенный материал, но в данном случае решение спорное, потому что имеет высокую теплопроводность и подвержена коррозии, если не находится в толще бетона. Стекловолоконная арматура здесь была бы полезнее, на мой взгляд.

Промывку РБУ и прочистку шланга в видео не показывают. Утилизация бетона из шланга по завершению печати, утилизация загрязненной цементом воды после промывки и появление РБУ с силосом на объекте - эти процессы остались за кадром. На самом деле промывку принтера мало кто из производителей принтеров показывает, что неудивительно, зрелище не из приятных.

Важное преимущество такой конструкции принтера над портальными это не только возможность произвольно встать в центральной области фундаментной плиты и печатать несъемную опалубку стен вокруг себя по периметру, но и встать рядом с областью печати и печатать рядом с собой. Эта функция уникальна, когда нужно возвести стены вокруг смонтированного объекта. Такую задачу невозможно выполнить устаревшими портальными конструкциями.

Напечатали несъемную опалубку первого этажа таким принтером, быстро переместили принтер на другую площадку и начали печать на втором объекте. На первом идет время набора прочности опалубки, потом заливка пенобетона, ожидание набора прочности пенобетона, устройство перекрытия, если монолитное, то ожидание набора прочности перекрытия и после этого можно вернуть принтер на первый объект для печати несъемной опалубки второго этажа.

Главный минус такого оборудования это стоимость и зависимость от погодных условий. В результате 3д печать бетоном производится на улице не просто принтером, а комплексом высокотехнологичного оборудования с высокой стоимостью. На первый взгляд персонала немного, но он должен быть высококвалифицированным и с уникальным опытом.

Такая конструкция принтера не решает проблему сезонности и зависимости от погоды, в отрицательные температуры печатать нельзя, в дождь и зной тоже нельзя. 

2. Вторая компания сделала принтер из автобетононасоса. Видео по ссылке.

Это решение уникально на рынке. Концепт конечно интересный и имеет ряд преимуществ, но и не без недостатков.

Стоит отметить на виде сверху такой принтер с миксером занимают огромную площадь. Этот принтер не печатает несъемную опалубку. Его главное отличие это печать массива стены. Экструдер выполнен с поворотным соплом, которое формует экструдат прямоугольной формы и укладывает его на всю ширину стены. С этим связано второе отличие и это отказ от замеса сухой смеси на строительной площадке и подвоз готового бетонного теста в автобетоносмесителе. Важный технический момент. В экструдер встроен компенсатор отклонений стрелы. Без него не удалось бы добиться высокой точности с такой длинной стрелой.

С одной стороны отказом от замеса сухой смеси они сэкономили место на строительной площадке и упростили комплекс оборудования, но с другой поставили принтер в зависимость от подвоза смеси и ограничения с удаленностью от РБУ (растворо-бетонного узла), который приготавливает эту смесь. С одной стороны, это ускоряет процесс и сокращает время возведения стен. С другой стороны, нет армирования совсем, ни горизонтального, ни вертикального. Сложные формы объекта с нависаниями такому экструдеру недоступны.

3. Следующий вариант принтера похож на первый. Можете ознакомиться с ним в видео по ссылке

Принтер больше похож на первый, с замесом смеси на строительной площадке и прокачкой жидкого бетона по шлангу.

Главной отличительной чертой является экструдер с компенсацией отклонений стрелы. Это устройство позволяет печатать с высокой точностью даже при порывах ветра.

Есть компании которые производят смесители специально для 3д принтеров с встроенным протоколом подключения к принтеру. На данный момент представлена линейка смесителей для 3д принтеров с производительностью от 1 до 70 литров в минуту. Например, как на видео

4. И следующая конструкция, это самый компактный и мобильный полевой принтер на рынке. Подробнее на этих видео. Первое и второе

На мой взгляд, это лучшее решение уличного принтера. Единственное, у него высокая стоимость и сложное устройство, требующее глубокого погружения высококвалифицированных кадров.

Эта компания одна из самых опытных в мире. И принтер и смеситель в этом решении очень компактны. Обе установки на гусеничном ходу с дистанционным управлением.

Главное отличие от всех в мире это подвоз материала к принтеру в “цементовозах” и подача в смеситель пневмотранспортером с колес без ручного труда.

Можно долго перечислять достоинства этого принтера, я лично знаком с его разработчиком, и если вам интересно ставьте + в комментариях, я подробно расскажу в отдельной статье. Для понимания глубины проработки автоматизации отмечу, что даже шарик для промывки в шланг вводится автоматическим револьверным устройством.

При этом у всех этих принтеров остались проблемы уличной печати.

• Зимой не печатают. В дождь и зной тоже не печатают. Температура на улице влияет на бетон в шланге, изменяя его свойства. Это создает множество проблем при печати.
• Несъемная опалубка тратит материалов больше, чем традиционное строительство и не может нести нагрузку.
• Промывка смесителя и шланга тратит воду и требует утилизации отходов.

Но при прочих равных такие установки получат преимущество перед портальными принтерами. Тот, кто первый соединит смеситель и мобильную стрелу получит приоритет на российском рынке уличной 3д печати.