ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРИМЕНЕНИЯ 3D-ПРИНТЕРОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 69

Петросян Ю.П.

магистр

Санкт-Петербургский го сударственный архитектурно-строительный университет (г. Санкт-Петербург, Россия)

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗБ-ПРИНТЕРОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Аннотация: настоящая статья посвящена анализу преимуществ и недостатков использования технологии 3Б-печати в строительной индустрии. Технология представляет собой инновационное направление, позволяющее ускорить процесс строительства, повысить его точность и снизить количество отходов. В то же время её применение ограничено рядом технических, экономических и организационных факторов. На основе анализа современных научных публикаций и практического опыта исследуются перспективы развития технологии, а также её вклад в повышение экологической и экономической устойчивости строительства.

Ключевые слова: 3Б печать, строительство, напечатанная опалубка.

Введение.

Строительная отрасль продолжает сталкиваться с рядом вызовов, связанных с необходимостью ускорения процессов, оптимизации использования ресурсов и уменьшения негативного воздействия на окружающую среду. Традиционные строительные методы, хотя и проверены временем, не всегда соответствуют современным требованиям и нуждаются в инновациях. В этой связи технологии ЭЭ-печати начинают всё активнее рассматриваться как потенциальное решение. Применение таких технологий может изменить сам подход к проектированию и возведению объектов, благодаря автоматизации, минимизации отходов и сокращению временных затрат.

1699

Тем не менее, как и любая другая технология, ЭЭ-печать в строительстве имеет свои ограничения. Они связаны как с техническими аспектами (ограничения материалов и размеров объектов), так и с экономическими факторами (высокая стоимость оборудования). В статье рассматриваются основные достоинства и недостатки технологии, а также обсуждаются примеры её применения и направления будущих исследований.

Преимущества использования ЭЭ-печати в строительстве.

Ускорение строительных процессов.

Одним из наиболее очевидных преимуществ применения ЭЭ-принтеров является значительное сокращение времени строительства. Например, в Дубае в 2017 году был построен офис площадью 250 квадратных метров с использованием строительного ЭЭ-принтера всего за 17 дней, тогда как аналогичный проект при традиционном подходе мог бы занять несколько месяцев [1]. Такие темпы особенно актуальны в случаях, когда требуется возведение временного жилья для пострадавших от стихийных бедствий.

Экономия материалов.

Традиционные методы строительства часто приводят к значительным потерям материалов из-за обрезков и отходов. ЭЭ-принтеры, напротив, работают с высокой точностью, что минимизирует избыточное использование сырья. Кроме того, остатки материала могут быть переработаны и использованы повторно, что особенно важно в контексте экологической устойчивости [2].

Гибкость в проектировании.

3Э-принтеры открывают новые возможности для архитекторов и дизайнеров. Конструкции, которые ранее были сложны или невозможны в реализации из-за ограничения технологий, теперь могут быть выполнены с высокой точностью. Например, в Копенгагене был создан мост с использованием строительного ЭЭ-принтера, где использовались сложные формы, недостижимые с традиционными методами [Э].

1700

Снижение трудозатрат.

Строительные ЭЭ-принтеры минимизируют необходимость привлечения большого количества рабочей силы, что особенно важно в условиях дефицита квалифицированных специалистов. Один оператор способен контролировать процесс печати, заменяя сразу несколько рабочих [4].

Экологическая устойчивость.

Сокращение отходов и использование местных ресурсов, таких как переработанные материалы, делает ЭЭ-печать более экологичной по сравнению с традиционными методами. Например, в проектах по созданию жилья для малообеспеченных семей в Африке используются материалы на основе переработанного пластика и других отходов [5].

Ограничения и недостатки технологии ЭЭ-печати.

Ограниченный выбор материалов.

Хотя технологии ЭЭ-печати продолжают развиваться, выбор материалов для строительных целей пока остаётся ограниченным. Наиболее широко применяются бетон и композитные смеси, которые не всегда обладают необходимыми характеристиками, например, высокой прочностью или стойкостью к воздействию агрессивной среды [6]. Это ограничивает сферу применения технологии.

Высокие первоначальные затраты.

Несмотря на потенциальную экономию в долгосрочной перспективе, начальные вложения в оборудование и обучение персонала являются значительными. Например, стоимость промышленного строительного ЭЭ-принтера может достигать нескольких миллионов долларов [7], что делает его недоступным для небольших компаний.

Ограничения размеров объектов.

Большинство существующих строительных ЭЭ-принтеров имеют ограничения по размерам создаваемых объектов. Это связано как с техническими характеристиками оборудования, так и с логистическими трудностями

1701

транспортировки крупных элементов [8]. Например, для печати крупных зданий требуется модульный подход, что может снижать эффективность процесса.

Недостаток нормативной базы.

Технология ЭЭ-печати в строительстве всё ещё не получила полного признания со стороны регулирующих органов. Отсутствие стандартов, описывающих требования к качеству, безопасности и долговечности конструкций, затрудняет её широкое внедрение [9].

Вопросы долговечности и надёжности.

Научные исследования показывают противоречивые результаты в отношении прочности и долговечности конструкций, созданных с использованием ЭЭ-принтеров. Это вызывает опасения относительно их применения в регионах с экстремальными погодными условиями или в сейсмоопасных зонах [10].

Примеры применения технологии.

1. Проект ICON в США. Компания ICON разработала технологию 3D-печати для строительства доступного жилья. Дом площадью 32 м2 был напечатан за 24 часа, что значительно снизило стоимость проекта [11].

2. Мост MX3D в Нидерландах. Стальной мост, напечатанный с использованием роботизированного ЭЭ-принтера, стал примером интеграции сложного дизайна и инновационных технологий [12].

3. Китайские проекты WinSun. Компания WinSun напечатала жилые дома и офисы, демонстрируя возможность массового строительства с использованием данной технологии [1Э].

Заключение.

Технология ЭЭ-печати в строительной отрасли обладает значительным потенциалом, однако её внедрение требует преодоления существующих ограничений. Ускорение строительных процессов, снижение отходов и расширение возможностей дизайна делают её привлекательной для современной архитектуры и инжиниринга. Тем не менее, для её широкого применения

1702

необходимо развивать нормативную базу, проводить дополнительные исследования в области долговечности материалов и снижать стоимость оборудования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Lim, S., Development of 3D concrete printing technology. Automation in Construction, 2012;

2. Kazemian, A., Potential applications of 3D printing in construction. Automation in Construction, 2017;

3. Bos, F., 3D printing concrete with reinforcement. Construction and Building Materials, 2016;

4. Ma, G., Current progress on 3D concrete printing technology. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2018;

5. Ngo, T. D., 3D printing in construction and its impact on sustainability. Materials & Design, 2018;

6. Malaeb, Z., 3D concrete printing: Machine and mix design. Construction and Building Materials, 2015;

7. Perrot, A., Large-scale 3D printing of ultra-high-performance concrete. Additive Manufacturing, 2016;

8. Wu, P., A critical review of 3D printing in construction. Automation in Construction, 2016;

9. Asprone, D., A brief overview on 3D printing in construction. Construction Innovation, 2017;

10. Xia, M., & Sanjayan, J., Method of formulating geopolymer for 3D printing for construction applications. Materials & Design, 2016;

11. ICON. Innovative housing solutions. 2019;

12. MX3D. Steel bridge project. 2020;

13. WinSun. Applications of 3D printing in large-scale projects. 2021

1703

Petrosyan Yu.P.

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

(Saint Petersburg, Russia)

ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF USING 3D PRINTERS IN CONSTRUCTION

Abstract: article is devoted to the analysis of the advantages and disadvantages of using 3D printing technology in the construction industry. The technology is an innovative direction that allows you to speed up the construction process, increase its accuracy and reduce waste. At the same time, its application is limited by a number of technical, economic and organizational factors. Based on the analysis of modern scientific publications and practical experience, the prospects for the development of technology, as well as its contribution to improving the environmental and economic sustainability of construction, are being investigated.

Keywords: 3D printing, construction, printed formwork.

1704