CC BY
224ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Самандасюк Глеб Витальевич
Студент, Кубанский государственный технологический университет, Краснодар Слесарев Илья Александрович Студент, Кубанский государственный технологический университет, Краснодар Кожен Максим Сергеевич Студент, Кубанский государственный технологический университет, Краснодар
Аннотация. На сегодняшний день во всех сферах нашей жизни на первый план выходит поиск новых ,более современных, методов и технологий способных улучшить жизнь людей. В сфере строительства одним из таких методов является строительство при помощи аддитивных технологий. Аддитивные технологии (Additive Manufacturing - от слова аддитивность - прибавляемый) - это послойное наращивание и синтез объекта с помощью 3D печати. Уникальность данной технологии заключается в том, что можно значительно сократить затраты при производстве. Также одной из главных достоинств такой технологии является возможность облегчения строительства сложных архитектурных решений, что позволяет не загонять дизайнеров и архитекторов в определенные рамки.
Ключевые слова: строительство, 3D-печать, аддитивные технологии, мелкозернистые смеси.
Введение. В строительной сфере на протяжении двух десятилетий можно наблюдать стремительный рост качества строительства зданий и сооружений. Одно из перспективных направлений в области возведения всевозможных сооружений. - строительная 3D печать. Её применение сулит коммерческие выгоды, основанные на меньшем количестве необходимого персонала и сокращении затрат на материалы. Несмотря на многие положительные качества 3D-печати, внедрение данной технологии в России не достигло значительного уровня.
Основная часть. Строительство малоэтажных зданий и сооружений при помощи 3D- технологий обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным способом возведения зданий и дает возможность возводить здания практически любой формы. Используя компьютерное моделирование в конструкции домов, можно заложить разъемы под изоляцию, трубопровод, электропроводку и оконные блоки. Все эти элементы устанавливаются после завершения 3D-печати.
Строительный материал для возведения несущих элементов конструкции (стен, перекрытий) - это быстротвердеющий порошковый бетон, армированный стальной или полимерной микрофиброй. Особенностью реакционно-порошкового бетона является отсутствие крупного заполнителя без потери в соотношении вяжущая/твердая составляющие, а также высочайшие эксплуатационные характеристики[2]. Так же могут быть использованы более дешевые виды бетонов, такие как мелкозернистый и песчаный бетон, модифицированный добавками (гиперпластификаторы, ускорители твердения, фибра). К настоящему времени учеными накоплен определенный опыт создания композиционных вяжущих для строительных материалов и изделий с требуемыми свойствами различного назначения.
В качестве арматуры может быть применена инновационная технология тканых объемно-сетчатых каркасов. В теории такие каркасы могут связываться в единую конструкцию в процессе строительства.
Самые важные параметры бетона для 3D-принтера — это прочность, скорость застывания и набора прочности, пластичность. Свойства бетона регулируются составом смеси — количеством цемента и качества заполнителей, а также добавками пластификаторов.
С точки зрения приготовления бетонной (растворной) смеси в строительных 3D-принтерах существует два основных подхода:
- приготовление мелкозернистой бетонной смеси за пределами 3D-принтера с перекачкой смесив печатающую головку принтера;
- приготовление смеси непосредственно в 3D-принтере с последующим выдавливанием (экструдированием).
При использовании второго метода исключаются импульсы возникающие при перекачке готовой бетонной смеси к печатающей головке, что позволяет печатать более плавно. [3]
Принцип работы строительных 3D-принтеров заключается в экструзии — или выдавливании — специальной смеси, слой за слоем, по заданной трехмерной компьютерной модели. Заранее подготовленная смесь, состоящая из цемента, наполнителя, пластификатора и других добавок, загружается в бункер устройства и оттуда подается к головке принтера. Смесь наносится на поверхность площадки или предыдущие напечатанные слои.
По такому принципу работает большинство строительных 3D-принтеров. Среди них различают три типа устройств:
Портальные 3D-принтеры представляют собой конструкцию из рамы, трех порталов и печатающей головки. С помощью таких устройств можно печатать здания и по частям, и целиком — если они умещаются под аркой принтера.
Устройства типа «дельта» не зависят от трехмерных направляющих и могут печатать более сложные фигуры. Здесь печатающая головка подвешивается на рычагах, которые крепятся к вертикальным направляющим.
Наконец, роботизированные принтеры — это робот или группа роботов типа промышленного манипулятора, оснащенных экструдерами и управляемых компьютером. [4]
Мировая практика уже насчитывает множество объектов, возведенные при помощи аддитивных технологий. Наиболее продвинутыми в этом плане являются, что не очень странно, Китайские инженеры. Компания «WinSun» из Шнахая уже произвела на свет готовый к использованию и проверенный на практике собственный 3D-принтер гигантских размеров , предназначенный для создания зданий до шести метров. В качестве материала для строительства в данном случае используется цемент, смешанный со стекловолокном, выполняющим роль арматуры. Если в 2014 году Китайская компания прославилась тем, что способна была создавать посредством этой методики около десяти домов за сутки, но скромных, без соответствующих коммуникаций, то сейчас 3D-принтеры «WinSun» позволяют возводить здания, вполне пригодные для проживания людей в довольно короткие сроки.
Также метод 3D-проектирования вошел в обиход в Голландии. Однако метод ученых этой страны несколько отличается от китайского и ,в целом, от привычного сейчас человечеству. Голландские компании ориентируются в основном не на укладку смесей как таковую, а на изготовление стройматериалов и конструкций. Принцип заключается в том, что принтер выпускает блоки с конической формой, что избавляет рабочих использовать связующие смеси.
Если говорить о нашей стране, то Россия в этом плане старается не отставать. Компания «СПЕЦАВИА» также занимается производством принтеров аддитивной технологии. Ассортимент данной компании состоит из семи 3D-принтеров разных размеров. Самое большое здание в Европе и СНГ, построенное с применением этой технологии, находится в городе Ярославль. Дом возведён компанией «АМТ».
Преимущество этого типа в том, что строительство домов обходится практически вполовину дешевле, чем возведённых традиционным способом. Это даёт очень хорошие перспективы и в будущем, несомненно, выведет сферу строительства на совершенно новый уровень.
Список литературы
1. Агеева М.С., Матюхина А.А., Никулина А.С., АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ЭПОХА ИННОВАЦИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.
2. Гуторов Н.Ю., Чепенко А.С., Науменко Н.А., Павленко О.А:, Загороднюк Л.Х. АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА.
3. Удодов С.А., Белов Ф.А., Золотухина А.Е. 3D-печать в строительстве: новое направление в технологии бетона и сухих строительных смесей.
4. URL: https://top3dshop.ru/blog/3d-printing-of-buildings-technologies-and-3d-printers.html
5. URL: http://diskmag.ru/tehnologii/3dprintery-v-stroitelstve.html
ПОСТРОЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО МАРШРУТА ОБЛЕТА ТЕРРИТОРИИ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ ДЛЯ СБОРА ДАННЫХ БЕСПИЛОТНЫМИ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ
Колчинский И.М.
магистрант 2-го года обучения, Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), городМосква
Хачумов В.М. профессор, доктор технических наук, Институт системного анализа ФИЦ ИУ РАН, город Москва, зав. лаб. интеллектуального управления, ИПС им. А.К. Айламазяна РАН, г. Переславль-Залесский.
Аннотация. Повсеместное использование беспроводных сенсорных сетей (БСС) и необходимость сбора с них информации в условиях нахождения в труднодоступной местности привело к использованию беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в качестве элементов этих сетей. В статье предложены варианты эффективного кругового покрытия территории с включением непроходимых участков и решается задача оптимального маршрута облета территории с препятствиями с применением эвристических алгоритмов: метод ближайшего соседа, метод Литтла и метод отжига.
