ПРЕИМУЩЕСТВА АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА (3D-ПЕЧАТЬ) В АРХИТЕКТУРЕ

Касулу Качана.

Преимущества аддитивного производства ^-печать) в архитектуре

Касулу Качана

магистрант, Департамента архитектуры Инженерной академии, Российский Университет Дружбы Народов, kasulukachana23@gmail.com

Аддитивное производство (АМ), также известное как 3D-печать, представляет собой трансформационный подход к промышленному производству, позволяющий создавать более легкие и прочные детали и системы. Еще одно технологическое достижение стало возможным благодаря переходу от аналоговых процессов к цифровым. В последние десятилетия коммуникации, визуализация, архитектура и инженерия претерпели свои собственные цифровые революции. Аддитивное производство обеспечивает цифровую гибкость и эффективность производственных операций. Он использует программное обеспечение автоматизированного проектирования данных (САПР) или 3D-сканеры объектов для направления оборудования на нанесение материала, слой за слоем, в точных геометрических формах. Как следует из названия, аддитивное производство добавляет материал для создания объекта. Напротив, когда вы создаете объект традиционными средствами, часто необходимо удалить материал с помощью фрезерования, механической обработки, резьбы, формования или других средств. В этой статье рассматриваются способы, с помощью которых аддитивное производство кажется многим новым, в правильных приложениях аддитивное производство обеспечивает идеальную тройку улучшенных характеристик, сложной геометрии и упрощенного изготовления. В результате для такой отрасли, как архитектура, активно охватывающей аддитивное производство, открываются широкие возможности. Ключевые слова: 3D-печать, Аддитивное производство, Автоматизированное производство (САПР), Быстрое производство, Автоматизированный внешний дефибриллятор (АЭД)

Индустрия архитектуры - это высококонкурентная отрасль. За каждый проект архитекторы сталкиваются с беспощадной конкуренцией. У клиентов есть широкий выбор, который побуждает архитектурные фирмы искать производительность и инновации. Таким образом, предоставление стимула, который заставил бы их выделиться и быть выбранными, является ключом к победе в проекте. В результате, используя высокие технологии для описания своей практики, многие начинают обращаться за помощью к аддитивному производству (АМ). Преимущества 3D-печати для архитекторов и конкурентные преимущества, которые она предлагает в процессе проектирования, набирают все большую популяр-ность.[1]

Сегодня архитекторы и другие специалисты АЕС используют 3D-печать в основном как инструмент для создания красивых, физических и высокодетализирован-ных архитектурных концептуальных моделей. мотивировать потенциальных клиентов и инвесторов. Это отличный дополнительный инструмент для визуализации изображений и компьютерных моделей. Донесение идеи - придание проекту глубины, размерности и текстуры -это отличный способ выделиться на фоне других фирм. Они экономят время и деньги, а также выигрывают больше бизнеса, используя 3D-печать для создания сложных и прочных конструкций прямо из данных САПР.

Термин "аддитивное производство" ( 3D-печать ) относится к технологиям, которые выращивают трехмерные объекты по одному сверхтонкому слою за раз. Каждый последующий слой связывается с предыдущим слоем расплавленного или частично расплавленного материала. Объекты определяются в цифровом виде с помощью программного обеспечения автоматизированного проектирования (САПР), которое используется для создания .Б^-файлы, которые, по сути, "нарезают" объект на ультратонкие слои. Эта информация направляет путь сопла или печатающей головки, поскольку она точно осаждает материал на предыдущем слое. Или лазерный или электронный луч избирательно плавится или частично плавится в слое порошкообразного материала. Когда материалы остывают или отверждаются, они сливаются вместе, образуя трехмерный объект. Существует несколько различных методов 3D - печати объекта. 3D-печать приносит два фундаментальных новшества: манипулирование объектами в их цифровом формате и изготовление новых форм путем добавления материала.[2]

зD-печать или аддитивное производство (АМ) обладает огромным потенциалом, с помощью которого архитектура может извлечь выгоду из одной из этих технологий. Самый основной, отличительный принцип 3D-печати заключается в том, что это аддитивный производственный процесс. И это действительно ключ, потому что 3D-печать-это радикально иной метод производства, основанный на передовой технологии, которая аддитивно создает детали слоями в масштабе субмиллиметровых размеров. Это

X X

о

го А с.

X

го т

о

ю

2 О

м

CS

0

CS

01

о

Ш

m

X

<

m О X X

принципиально отличается от любых других существующих традиционных технологий производства. Существует ряд ограничений для традиционного производства, которое широко базировалось на человеческом труде и идеологии ручной работы. Однако мир производства изменился, и автоматизированные процессы, такие как механическая обработка, литье, формование и формование, являются (относительно) новыми, сложными процессами, требующими машин, компьютеров и робототехники. Однако все эти технологии требуют вычитания материала из более крупного блока, будь то для достижения самого конечного продукта или для производства инструмента для литья или формования, и это является серьезным ограничением в рамках общего производственного процесса.[3]

выиграть больше проектов. Клиенты хотят визуализировать предлагаемые компоненты или детали здания, чтобы сделать осознанный выбор. Таким образом, конкурентоспособные архитекторы предлагают своим клиентам использовать 3D-печатные модели, потому что они очень детализированы и дают более четкое представление о том, как выглядит конечный проект. Физические 3D-модели зданий облегчают дизайнерам значимое взаимодействие со своими клиентами.

Рис. 1. Эй-печатные ЭЬЛ-детали с опорными конструкциями

3D-печать-это стимулирующая технология, которая поощряет и стимулирует инновации с беспрецедентной свободой дизайна, будучи при этом процессом без инструментов, который сокращает непомерные затраты и сроки выполнения заказа. Компоненты могут быть разработаны специально для того, чтобы избежать требований к сборке со сложной геометрией и сложными функциями, созданными без каких-либо дополнительных затрат. 3D-печать также становится энергоэффективной технологией, которая может обеспечить экологическую эффективность как с точки зрения самого производственного процесса, используя до 90% стандартных материалов, так и на протяжении всего срока службы продукции, благодаря более легкому и прочному дизайну. В последние годы 3D-печать вышла за рамки промышленного прототипирования и производственного процесса, поскольку эта технология стала более доступной для небольших компаний и даже частных лиц. Когда-то домен огромных, многонациональных корпораций из-за масштаба и экономики владения 3D-принте-ром, более мелкие (менее способные) 3D-принтеры теперь можно приобрести менее чем за 1000 долларов.

Это открыло технологию для гораздо более широкой аудитории, и по мере того, как экспоненциальный темп внедрения продолжается быстрыми темпами на всех фронтах, появляется все больше и больше систем, материалов, приложений, услуг и вспомогательных средств.

3D-печать, будь то на промышленном, местном или личном уровне, приносит множество преимуществ, которые традиционные методы производства (или прототипирования) просто не могут.

Вот некоторые из способов, которыми архитектурная индустрия использует 3D-печать ; либо в процессе проектирования, либо в процессе строительства.[4]

Шаг к клиенту

В высококонкурентной индустрии AEC дизайнеры должны ярко выражать свои архитектурные идеи, чтобы

Рис. 2. Эй-печатные здания будут разрабатываться с использованием цифрового дизайнерского интеллекта.

Архитектурные фирмы могут использовать 3D-пе-чать, чтобы использовать больше возможностей и расширить потоки доходов. Компании могут использовать настольный 3D-принтер для производства осязаемых структурных моделей собственными силами. Их конструкции помогают устранить двусмысленность в 2D-технических чертежах и эскизах. Фирма может демонстрировать предлагаемые 3D-модели во время личных встреч или видеоконференций с клиентами. В качестве альтернативы они отправляют физические объекты по физическим адресам потенциальных инвесторов. Эти точные и потрясающие презентации являются мощными маркетинговыми инструментами в торгах AEC. Фирмы используют САПР или решения информационного моделирования зданий (BIM), такие как Revit, для создания и печати точных 3D-моделей, которые вписываются в контекстное проектирование строительной среды. Комплексные модели планировки территории, которые впечатляюще демонстрируют структурные компоненты, помогают увеличить шансы на одобрение проекта городскими властями, а также инвесторами.[5]

Трехмерные печатные архитектурные модели помогли нескольким ведущим архитектурным фирмам выиграть несколько строительных проектов в высококонкурентной отрасли. С физической 3D-печатной моделью связь между архитектором и клиентами очевидна. Поэтому понимание концепции происходит немедленно.

Сокращение времени проектирования и разработки Архитектурных моделей.

Процесс изготовления модели вручную-это долгий и утомительный процесс прошлого. Независимо от того, идет ли концептуальное тестирование дизайна (1-2 недели) или окончательный вариант (2-3 месяца), построение модели вручную с использованием картона, дерева или пенопласта создает длительную временную шкалу. Это, в свою очередь, приводит к достаточно значительным инвестициям для одной модели. В отличие

от этого, 3D-печать значительно сокращает временные рамки, позволяя дизайнерам всего за несколько часов получить архитектурную модель с высоким уровнем точности, снижая при этом затраты до 75%. Кроме того, 3D-принтер может работать без остановки всю ночь для более крупных и сложных моделей, печать которых занимает больше времени. В сегодняшней быстро развивающейся строительной индустрии дизайнеры должны использовать как можно меньше времени для разработки 3D-моделей, которые показывают связи между конструктивными элементами в различных конфигурациях. Они должны быстро создавать осязаемые архитектурные модели в трех измерениях, чтобы лучше визуализировать пространственные отношения между ключевыми элементами.[б]

В краткосрочной перспективе и без больших затрат-можно напечатать новый, измененный, переработанный и улучшенный дизайн на основе предыдущих моделей и исправлений. Выполнение множества итераций модели помогает определить, как дизайн влияет на окружающую среду. Глядя на более крупный масштаб, можно рассмотреть, как массирование модели вписывается в массирование города. Станьте на размер больше и поймите, как это влияет на скопление соседей. Увеличение масштаба все больше и больше, а также пластичность или массивность самого здания.[8]

Разработка высококачественных прототипов

Современные 3D-принтеры позволяют создавать высококачественные архитектурные прототипы для уточнения деталей наружных жилых и развлекательных помещений, включая бассейны. Оборудование может использовать различные виды сырья, например, АБС, прозрачную смолу, металл и полиамид, для доставки сложных цветных объектов. С помощью передовых технологий архитекторы могут создавать артефакты с высоким разрешением, а также более крупные печатные сборки для более точной передачи структурных элементов. 3D-печатные модели прочны и долговечны, в отличие от их картонных аналогов ручной работы.

Рис. 3. Эй-принтеры значительно сокращают время, необходимое для создания прототипов.

Технология добавляет большую ценность, повышая производительность. Одним из преимуществ 3D - печати для архитекторов является быстрое тестирование многих концепций и итераций на ранних стадиях проекта. Таким образом, быстро распознать различные потенциальные проблемы, которые было бы намного сложнее идентифицировать на компьютерном моделировании. Кроме того, дизайнеры могут печатать недорогие архитектурные модели в одночасье на разных этапах проекта. Используется в качестве моделей исследования, с различными конструкциями и масштабами, для оценки пространства, объемов и общей структуры. Модели производятся быстрее, проще и дешевле в любое время в процессе проектирования. Любые новые изменения, внесенные в дизайн, адаптируются и печатаются эффективно/одновременно. Обновление моделей может быть сделано в короткие сроки и без больших затрат, что позволяет вносить изменения и исправления на лету на основе предыдущих конструкций.[7]

Архитекторы могут использовать 3D-печатные проекты, чтобы быстро показать, как основные структурные элементы работают вместе, такие как блокирующие или перекрывающиеся элементы. Они нуждаются в таких визуализациях для разработки точных планов сайта. Не менее важно, что дизайнеры работают с несколькими моделями для оценки и тестирования различных итераций, изображающих размещение других элементов внутри здания, включая различные помещения. Настольные 3D-принтеры позволяют архитекторам повторять сложные проекты столько раз, сколько необходимо, не продлевая сроки проекта.

Рис. 4. Эй-Печатные Песчаные Стручки Создают Охлаждающий Микроклимат.

3D-печать позволяет создавать формы и формы высокой сложности без каких-либо дополнительных затрат. Замысловатые и сложные конструкции создаются прямо из принтера. Формы, которые было бы почти невозможно или чрезвычайно трудно воссоздать с помощью любого другого инструмента. При аддитивном производстве возможны любые конструкции и формы, если конструкция соответствует техническим характеристикам машины и выбранным требованиям к материалу. Кроме того, 3D-печать позволяет печатать несколько реалистичных и детализированных копий на любом этапе проекта. возможность использования в качестве выставочных моделей - для лучшего общения и мотивации клиентов и инвесторов. Идти на встречу с точной моделью здания, которое будет построено, - отличный инструмент визуализации. Кроме того, это эффективный способ произвести неизгладимое впечатление. Эта технология позволяет визуализировать как внешние, так и внутренние исключительные детали. Кроме того, он может производить надежную и точную презентационную модель с текстурой и перилами.

X X

о

го А с.

X

го т

о

ю

2 О

м

сч

0 сч

01

о ш m

X

<

m О X X

7 ^

^ ш

Рис. 5. Детализированный фасад, который можно было бы прототипировать с помощью Эй-печати.

Кроме того, архитекторы могут сочетать 3d-печать с традиционным созданием моделей для конечных моделей, чтобы обеспечить более значительное влияние. Это приводит к обширной характеристике экономии времени и денег при одновременном повышении ценности с добавлением тонких штрихов для более реалистичного представления. (Например, камни, трава, растения, снег, ковры, постельные принадлежности и т. д.) Когда проект готов и получен 3D-файл для печати, вы можете сделать как можно больше точных копий. Эта функция не только удобна, но и необычна, учитывая традиционные способы изготовления моделей. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет дать каждому инвестору и клиенту масштабную модель проекта, для которого была нанята архитектурная фирма.[9]

Экологически чистый

3D-печать также становится энергоэффективной технологией, которая может обеспечить экологическую эффективность как с точки зрения самого производственного процесса, используя до 90% стандартных материалов и, следовательно, создавая меньше отходов, так и на протяжении всего срока службы аддитивно изготовленного продукта, благодаря более легкому и прочному дизайну, который накладывает меньший углеродный след по сравнению с традиционно производимыми продуктами.

слоем, с точностью хирурга или искусного гончара. А когда речь заходит о много материальной 3D-печати, такой как 3D-печатная электроника, количество деталей сокращается, а электрическая и механическая функциональность объединяются, создавая более упорядоченный, эффективный и устойчивый производственный процесс.

3D-печать сокращает выбросы и поможет сократить выбросы ^2 в будущем на целых 5 процентов к 2025 году. Для этого есть несколько причин. Не только сам производственный процесс более эффективен в 3D-пе-чати, но и по самой своей природе аддитивное производство устраняет необходимость в обширной транспортировке, хранении и перемещениях, необходимых для традиционного производства, сокращая время их производства на 40 процентов. Будущее, кажется все более и более очевидным, будет включать в себя смешение аддитивного и традиционного производства с мощными результатами.[10]

Перерабатывать

Аддитивное производство действительно производит отходы, которые иногда можно переработать. Несмотря на то, что аддитивное производство работает с нуля, а не сверху вниз, временные опорные конструкции, необходимые во время производства, не всегда можно переработать обратно в сырье, которое впоследствии можно будет напечатать. Это приводит к образованию побочных продуктов и пластиковых отходов, которые по своей сути являются неустойчивыми. Чтобы бороться с этим, мы должны сосредоточиться на использовании волокон на основе PHA, которые, по возможности, нетоксичны и биоразлагаемы.

Рис. 6. Эй-принтеры WASP Dual House Создают инновационную Эко-среду обитания в Италии

Аддитивное производство резко сокращает производство отходов лома — иногда на целых 90 процентов по сравнению с обычным производством. Аддитивное производство работает в обратном направлении от традиционных методов: вместо того, чтобы взять массивный кусок материала и высечь, подобно скульптору, чтобы показать форму изделия в производстве, аддитивное производство строит изделие, слой за тонким

Рис. 7. Отходы механической обработки с ЧПУ иногда могут достигать 90%.

Суть в том, что если противостоять традиционным методам производства, аддитивное производство значительно зеленее и экологичнее. Он также имеет больший потенциал на будущее, потому что его возможности роста безграничны, а его творческий потенциал неизведан. Но это не означает, что нет места для прогресса -способность мыслить экологически чистым способом, как и сама 3D-печать, является экспоненциальной. Кроме того, 3D-печать показывает большие перспективы с точки зрения реализации модели местного производства, при которой продукты производятся по запросу в том месте, где они необходимы, что устраняет огромные запасы и неустойчивую логистику для доставки больших объемов продукции по всему миру. [11]

Художники и скульпторы используют 3D-печать множеством различных способов, чтобы исследовать форму и функционирование способами, которые ранее

были невозможны. Будь то просто найти новое оригинальное выражение или учиться у старых мастеров, это очень напряженный сектор, который все чаще находит новые способы работы с 3D-печатью и представляет результаты миру. Есть множество художников, которые сегодня сделали себе имя, работая специально с технологиями 3D-моделирования, 3D-сканирования и 3D-пе-чати.

Рис. 8. В одном примере 30 000 бутылок с водой были переработаны в нить для 3й-печати общественного сооружения в Дубае (выше). Павильон демонстрирует, как 3й-пе-чать может быть применена к творческим структурам с использованием материалов, которые в противном случае были бы выброшены.

Архитектурные модели долгое время были основным приложением процессов 3D-печати для создания точных демонстрационных моделей видения архитектора. 3D-печать предлагает относительно быстрый, простой и экономически жизнеспособный метод создания подробных моделей непосредственно из 3D CAD, BIM или других цифровых данных, используемых архитекторами. Многие успешные архитектурные бюро.

Литература

1.Johann Rocholl's online documentation is very useful - RepRap wiki and Thingiverse. Russ Gries Delta 3D Printer Project

2.Excell, Jon. "The rise of additive manufacturing". The Engineer. Retrieved2013-10-30.

3."3D Printer Technology - Animation of layering". Create It Real. Retrieved2012-01-31.

4.Apparatus for Production of Three-Dimensional Objects by Stereolithography (8 August 1984).

5.Freedman, David H. "Layer By Layer." Technology Review 115.1 (2012): 50-53. Academic Search Premier. Web. 26 July 2013.

6.Amon,C.H.;Beuth,J.L.;Weiss,L.E.;Merz,R.;Prinz,F. B. (1998). "Shape Deposition Manufacturing With Microcasting: Processing, Thermal and Mechanical Issues" (PDF). Journal of Manufacturing Science and Engineering 120 (3). Retrieved 2014-12-20.

7.Beck, J.E.; Fritz, B.; Siewiorek, Daniel; Weiss, Lee (1992). "Manufacturing Mechatronics Using Thermal Spray Shape Deposition" (PDF). Proceedings of the 1992 Solid Freeform Fabrication Symposium. Retrieved 2014-12-20.

8.Jacobs, Paul Francis (1992-01-01). Rapid Prototyping & Manufacturing: Fundamentals of Stereolithography. Society of Engineers. ISBN 9780872634251. Manufacturing

9."Objet Connex 3D Printers". Objet Printer Solutions. Retrieved 2012-01-31.

10.Frick,Undsey.HowtoSmooth3D-PrintedParts.Machine Design Magazine, 29 April 2014

11."Affordable3DPrintingwithnewSelectiveHeatSintering (SHSTM) technology". blueprinter.

12.Deckard, C., "Method and apparatus for producing parts by selective sintering",U.S. Patent 4,863,538, filed October 17, 1986, published September 5, 1989.

Benefits of additive manufacturing (3d printing) in architecture

JEL classification: L61, L74, R53_

Kasulu Kachana

Peoples Friendship University Of Russia

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Additive manufacturing (AM), also known as 3D printing, is a transformative approach to industrial production that enables the creation of lighter, stronger parts and systems. Another technological advancement made possible by the transition from analog to digital processes. In recent decades, communications, imaging, architecture and engineering have all undergone their own digital revolutions. Additive manufacturing brings digital flexibility and efficiency to manufacturing operations. It uses data computer-aided-design (CAD) software or 3D object scanners to direct hardware to deposit material, layer upon layer, in precise geometric shapes. As its name implies, additive manufacturing adds material to create an object. By contrast, when you create an object by traditional means, it is often necessary to remove material through milling, machining, carving, shaping or other means. This paper looks to explore ways in which additive manufacturing seems new to many, In the right applications, additive manufacturing delivers a perfect trifecta of improved performance, complex geometries and simplified fabrication. As a result opportunities abound for an industry such as architecture actively embracing additive manufacturing. Keywords: 3D-Printing, Additive Manufacturing, Computer-aided manufacturing (CAD), Rapid Manufacturing, Automated external defibrillator (AED) References