Новейшие технологии в строительстве. 3D принтер Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Выходные сведения статьи:

Мустафин Н.Ш., Барышников А.А. Новейшие технологии в строительстве. 3D принтер // Региональное развитие: электронный научно-практический журнал. 2015. № 8(12). URL: https://regrazvitie.ru/novejshie-tehnolo gii-v-stroitelstve -3d-printer/_

УДК 691-4

Новейшие технологии в строительстве. 3D принтер © 2015 Мустафин Наиль Шамильевич1

E-mail: [email protected] © 2015 Барышников Александр Анатольевич

E-mail: [email protected]

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Эта статья охватывает различные методы, используемые в 3Б-печати, преимущества и недостатки использования такой печати в строительной отрасли, а также некоторые тематические исследования нынешних и будущих идей. Дано краткое описание основных понятий, в сфере 3D моделирования и печати, а также указаны основные программы, при помощи которых данные процессы производства возможны. Рассмотрены основные виды данной печати, такие как селективное лазерное спекание (SLA) и моделирование методом наплавления (FDA). Даны описания некоторых материалов используемых 3D принтерами и краткие характеристики к ним. В тематическом исследовании описываются разработки китайской компании «Winsun», которая в свою очередь наладила производство домов с помощью технологии 3D печати.

Ключевые слова: 3D печать, селективное лазерное спекание, моделирование методом наплавления.

The progressive technology in construction. 3D printer © 2015 Mustafin Nail Shamilyevich1

E-mail: [email protected] © 2015 Baryshnikov Alexander Anatolyevich

E-mail: [email protected]

Samara State University of Civil Engineering

This article covers the different methods used in 3D-printing, the advantages and disadvantages of using such a press in the construction industry, as well as some case studies of current and future ideas. A brief description of the basic concepts in the field of 3D modeling and printing, and identifies the main program, by which the data production processes are possible. The main types of the

1 Мустафин Наиль Шамильевич - магистрант направления «Строительство» ФГБОУ ВО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» (Российская Федерация, 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская 194)

2 Барышников Александр Анатольевич - магистрант направления «Строительство» ФГБОУ ВО «Самарский государственный архитектурно -строительный университет» (Российская Федерация, 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская 194)

ISSN 2410-1672 (online) Regional development • № 8(12) • 2015 http://resrazvitie.ru

Land management and cadastre regrazvitie@yandex. ru

press, such as selective laser sintering (SLA) and the simulation by fusing (FDA). Descriptions of some of the materials used in 3D printers and a brief description of them. The case study describes the development of the Chinese company «Winsun», which in turn established production houses using 3D printing technology.

Keywords: 3D printing, selective laser sintering, simulation by fusing

3D-печать используется в последние годы для печати объектов малого масштаба. Тем не менее, некоторые архитекторы и другие специалисты, в данной области, ищут введения такого вида печати в технологию строительства.

Что такое 3D печать? 3D печать это создание 3D твердых предметов с помощью цифровых файлов. Это достигается за счет укладки последовательных слоев материала друг над другом. 3D-печать может быть достигнута путем создания 3D виртуального проектирования с использованием файла автоматизированного проектирования (САПР) или с помощью 3D-сканера, что позволяет создание 3D цифровой копии из существующего объекта. Программа 3D-моделирования преобразует виртуальный дизайн или цифровую копию в цифровом файле, который загружается в 3D-принтер для вывода в многочисленных слоях. 3D-принтер связывает все слои вместе, с итоговым получением 3D объекта [1].

Есть целый ряд технологий, которые используются 3D принтерами для создания различных объектов. Некоторые технологии зависят от плавкости материалов, таких как селективного лазерного спекания (SLS) и моделирования методом наплавления (FDM); другие технологии, такие как стереолитографии (SLA), зависят от укладки жидких материалов.

Селективное лазерное спекание (SLS). Эта технология использует лазеры высокой мощности CO2, чтобы расплавить пластмассу и объединить, металлические или керамические частицы порошка вместе, слой за слоем, с образованием твердой 3D модели. Каждый созданный слой, имеет толщину приблизительно равной 100 мкм (эквивалент 0,1 мм) [2]. Этот процесс повторяется до тех пор, пока объект полностью не создан. Затем оставляют охлаждаться и потом, все лишние материалы удаляются.

Моделирование методом наплавления (FDM). Этот метод можно сравнить с клеевым пистолетом, который выделяет термопластичный материал через сопло для печати, один слой за другим, который движется по вертикали. Сопло состоит из нагревателей, расплавляющих пластмассу, которая распределяется в слои. Затем эти слои твердеют и вместе образуют единый объект [3].

Наиболее распространенными термопластичными материалами, используемых в на-плавлении (FDM) являются:

Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), является сильным, прочным и гибким материалом, главным образом, используются там, где необходимы прочностные характеристики. ABS доступен в следующих цветах: белый, синий, желтый, красный, серо-стальной, зеленый, черный и серый.

Полимолочная кислота (PLA) является производным от природных ресурсов, таких как кукурузный крахмал и сахар, и имеет хорошую механическую прочность.

Поликарбонат (PC) является сильным, прочным и термопластичным материалом, используется в основном, когда требуется высокая ударопрочность. ПК доступен только в белом цвете [4].

Строительная отрасль готова воспользоваться 3D-печатью и его многими преимуществами. Такой вид печати может быть использован для создания сложных макетов или даже при строительстве целых зданий.

Основными преимуществами использования 3D печати в строительной отрасли являются:

• Быстрое и точное строительство - 3D-принтер переводит цифровую модель в физический формат

• Снижение затрат труда - 3D-принтер делает большую часть работы с минимальными затратами труда

• Снижение образования отходов - компоненты могут быть напечатаны на заказ во время строительства

• Снижение здоровья и безопасности риски - путем замены опасных рабочих мест на территории с печатными процессами

• Экологически чистые - переработанные продукты могут быть использованы для производства строительных материалов, используемых в 3D-принтерах.

Тем не менее, есть и ряд недостатков, которые связаны с 3D-печати, в том числе:

• Сокращение числа сотрудников в отрасли, так как 3D-принтер делает большую часть работы

• Принтер не может заменить производственное предприятие, так как не рассчитан на массив материалов

• Повышенные риски - любая ошибка в цифровой модели способна передаться на объект строительства

• Малые предприятия не конкурентоспособны с таким видом производства, в последствии это приведёт к их смещению с рынка

Это лишь малая часть того, что предстоит ещё выявить в будущем. Для полной адаптации такой технологии в строительстве ещё потребуется множество исследований и открытий.

Тематические исследования. Компания «Winsun»

Winsun - это китайская строительная фирма, которая строит 10 зданий в течение 24 часов с использованием гигантского 3D принтера размерами на 10 м х 6,6 м. В таком строительстве используется смесь цемента, стекловолокна и строительных отходов. Стоимость таких сооружений около 3000 £ (фунтов), 300000 рублей [5].

В таких «3D домах» есть стены и полы. Но, однако, нет крыши из-за сложности её печати. Дома пригодны для размещения сантехники, электропроводки и изоляции, которые монтируются после строительства.

С 3D-печатью в будущем, мы сможем построить хорошие здания с надежными материалами и без отходов. Отходы от снесенных зданий или промышленности, могут быть использованы для создания новых строений [6,7].

ISSN 2410-1672 (online) Regional development • № 8(12) • 2015 http://regrazvitie.ru

Land management and cadastre regrazvitie@yandex. ru

Список литературы

1. «Спецавиа». Первый опыт печати зданий на 3D принтере [Электронный ресурс]. URL: http://3dtoday.ru/blogs/specavia/first-experience-printing-on-building-a-3d-printer/

2. Бриджит Батлер Милсапс. Дом за один день // 3D printing. - 12.10. 2015.

3. Малышева В.Л., Красимирова С.С. Возможности 3D принтера в строительстве // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - № 12-2. - 2013.

4. Руби Лот-Лавинья. Смотрите, что этот 3D принтер умеет // Wired UK. - 21.09.2015.

5. Компания «Winsun» 3D проектирование домов [Электронный ресурс]. URL: http://www.yhbm.com/index.php?a=lists&c=index&catid=67&m=content

6. Аниэль Гедес. Продуктивная технология // Science & technology. - 15.11.2015.

7. Брайан Крассенштейн. 3D строения // 3D printing. - 30.06.2015.

References

1. «Specavia». Pervyj opyt pechati zdanij na 3D printere, Available at: http://3dtoday.ru/blogs/specavia/first-experience-printing-on-building-a-3d-printer/

2. Bridzhit Batler Milsaps. (2015). Dom za odin den', 3D printing.

3. Malysheva, V.L. & Krasimirova, S.S. (2013). Vozmozhnosti 3D prinera v stroitel'stve, Aktual'nye problemy gumanitarnyh i estestvennyh nauk, 12-2.

4. Rubi Lot-Lavin'ja. Smotrite chto jetot 3D printer umeet (2015). Wired UK.

5. Kompanija «Winsun» 3D proektirovanie domov, Available at: http://www.yhbm.com/index.php?a=lists&c=index&catid=67&m=content

6. Anijel' Gedes. Produktivnaja tehnologija (2015). Science & technology.

7. Brajan Krassenshtejn. 3D stroenija (2015). 3D printing.