CC BY
49
Технические науки
173
Студенческое общество «ТехУм» планирует доделать экспериментальный образец программы в ближайший год. Отметим высокий интерес, проявленный заказчиком: предприятию ОАО «ЛССО» необходима программа управления буровой машиной на базе автокрана
Список литературы:
1. ГОСТ 19.701-90 «Схемы алгоритмов программ, данных». Утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 26.12.90 № 329.
РАЗРАБОТКА МАЛОГАБАРИТНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО ТРЁХМЕРНОГО (3D) ПРИНТЕРА
© Облицов А.Ю.*
г. Санкт-Петербург
Статья посвящена развития такого перспективного направления как строительная трёхмерная печать на 3d принтерах. Бурно развиваясь за рубежом, эта технологии наконец пришла и в Россию. В статье раскрываются преимущества трёхмерной строительной печати по сравнению с традиционными технологиями, такими, как например производство железобетонных панелей, также приводятся данные опытов по получению экструдированной строительной смеси. Сделанные на основе опытов выводы позволяют говорят утверждать о больших научных и практических перспективах строительных 3d принтеров.
Ключевые слова 3d принтер, трёхмерная печать, строительная смесь, полимерное связующее, стеновые панели.
В настоящее время среди технологий быстрого возведения зданий и сооружений можно выделить модульное строительство на основе контейнеров, возведение каркасных домов по канадской технологии с использованием стеновых панелей, использование легких бетонных блоков, например, газобетонных, строительство из сэндвич-панелей Указанные способы являются достаточно дешёвыми и быстрыми, но также имеют определённые недостатки. Среди недостатков модульных домов на основе контейнеров можно выделить недостаточную теплоизоляцию. Каркасные дома в целом отличаются ненадёжностью и недолговечны. В климате России по статистике через 5 лет происходит загнивание утеплителя каркасных домов. Используемые сэндвич-панели также не отличаются долговечностью и после нескольких лет эксплуатации начинают быстро изнашиваться за счёт ржавления металла и гниения утеплителя. Технология производства газобетонных блоков также имеет
Предприниматель, кандидат технических наук.
174
НОВОЕ СЛОВО В НАУКЕ И ПРАКТИКЕ
свои недостатки, в частности недостаточно выдерживается качество изготовления, кроме того из всех способов быстрого возведения зданий, использования газобетонных блоков является самым длительным по времени.
Сегодня в мире активно развивается такое направление как строительная печать на трёхмерных принтерах (3d печать). Этот подход основан на известной технологии 3d печати. Преимуществами использования строительных принтеров являются скорость возведения новых зданий, простота и возможность использования местного строительного сырья со стандартными добавками в виде полимерного связующего, добавок и наполнителя к связующему для ускорения твердения пригодной строительной смеси, антиморозных добавок. Под местным сырьём понимаются ближайшие источники песка и глины, такие как локальные карьеры, склады и проч. Строительный 3d принтер наносит слой за слоем специальную смесь, выдавливая её непрерывно через сопло, называемое экструдером.
Однако, пока такое решение не нашло широкого практического применения в силу определённой экзотичности «данной технологии», и известной инертности российского рынка, несмотря на явные преимущества подхода печати строительными материалами по сравнению с классическими технологиями.
Технология трёхмерной печати принципиально реализуется 2-мя методами - сплошная печать зданий и сооружений и печать стеновых панелей. Сравнивая метод печати стеновых панелей 3d принтерами и классическую технологию производства железобетонных панелей (ЖБИ панелей), следует отметить безусловное преимущество метода трёхмерной печати, как более скоростного, а также в несколько раз более дешевого по стоимости как производства, так и капитальных вложений в его организацию. Так, например, для производства железобетонных панелей любым применяемым методом необходима организация цеха с массивным оборудованием в капитальном сооружении. Даже при экономии средств на оборудовании, использовании модульного сооружения затраты открытие цеха производства плит ЖБИ представляются не менее 25 млн. рублей в ценах 2015 года. Кроме того, технология производства плит ЖБИ является многостадийным процессом при любом способе их производства. В общем виде на первом этапе происходит формование бетонной плиты, на втором бетонная смесь проходит уплотнение и растекание посредством работы вибраторов, на третьем устанавливается арматурный каркас, на четвёртом этапе бетонную смесь вибрируют в течение 60 секунд до прекращения выделения избытка воздуха, на пятом форма снимается с изделия и устанавливается обратно на вибростол для последующего цикла, и на шестом бетонное изделие на поддоне переносится на стеллаж для естественного твердения и дальнейшего хранения до достижения им требуемой прочности. Сам процесс производства одной плиты занимает до 2 часов. Достижение изделием 70 % проектной прочности происходит в течение 24-48 часов [1]).
Технические науки
175
В разрабатываемом решении количество стадий сокращается до 2-ух: стадии печати и стадии установки арматуры. Время печати стеновой плиты размерами 1,5x3 м толщиной 15 см составит от 38 минут (скорость печати 1,2 м/мин) при 10 слоях печати. Достижение изделием 70 % проектной прочности происходит в течении нескольких минут за счёт полимеризации материала. Между тем, предлагаемая технология трёхмерной печати позволит ограничить капитальные затраты суммой в 2 млн. рублей в ценах 2015 года. Кроме того, по времени развёртывания она также превосходит время возведения цеха ЖБИ плит в разы. Так, для развёртывания цеха печати плит метом трёхмерной печати достаточно нескольких дней.
На данный момент в России существует только один производитель серийных строительных 3d принтеров (ООО «Спецавиа» [2]). Недостатками имеющихся на рынке России принтеров являются большие размеры, отсутствие мобильности и возможности использовать местное строительное сырьё. Для его развёртывания требуется достаточно продолжительное время на подготовку строительной площадки (до нескольких суток), монтаж поддерживающих колонн и проч.
Разработка позволит кардинальным образом упростить и удешевить процесс строительства нового жилья, создавая в короткие сроки. На сегодняшний день был выполнен большой объём работы:
- выполнен обзор имеющихся опытных устройств трёхмерной печати, как в России, так и за рубежом, данные обзора позволяют говорить о больших перспективах рынка;
- подготовлена концепция будущего строительного 3d принтера;
- подготовлена смета на необходимые для изготовления материалы и комплектующие;
- прописан алгоритм работы принтера, необходимый для написания программного обеспечения для управления им;
- подготовлены экспериментальные чертежи сопла экструдера;
- из цементно-песчаной смеси получены образцы, напечатанные методом трёхмерной печати с помощью ручного экструдера в следующем количестве.
В качестве полимера использовался раствор силикатного жидкого стекла. Также были выполнены образцы без использования жидкого стекла:
№ 1 - цпс + вода простая заливка 1шт.
№ 2 - цпс + вода 3д заливка параллельная 1 шт.
№ 3 - цпс + вода 3д заливка решеткой 1 шт.
№ 4 - цпс + вода + пластификатор + жидкое стекло (между слоями) простая заливка 1 шт.
№ 5 - цпс + вода + пластификатор + жидкое стекло (между слоями) 3 д заливка параллельная 1 шт.
№ 6 - цпс + вода + пластификатор + жидкое стекло (между слоями) 3 д заливка решеткой 2 шт.
176
НОВОЕ СЛОВО В НАУКЕ И ПРАКТИКЕ
№ 7 - цпс + вода + пластификатор + волокно + жидкое стекло (между слоями) простая заливка 1 шт.
№ 8 - цпс + вода + пластификатор + волокно + жидкое стекло (между слоями) 3д заливка параллельная 2 шт.
№ 9 - цпс + вода + пластификатор + волокно + жидкое стекло (между слоями) 3 д заливка решеткой 2 шт.
№ 10 - цпс + вода + пластификатор + жидкое стекло перемешано - показать как комкуется если перемешивать - простая заливка 1 шт. 3 д заливка невозможна.
Размеры полученных образцов: 7 х 7 х 15 см. Диаметр использованного экструдера составила 5 см, диаметр поршня 4,8 см, диаметр выходного отверстия - 1 см. Заливка осуществлялась слоями по принципу решетки. Каждый слой покрывался сверху раствором 10 %-ого жидкого стекла. Жидко стекло - это водный щелочной раствор силикатов натрия Na2O(SiO2)n (в данном случае) и (или) калия K2O(SiO2)n [3]. Образцы были выполнены на основе портландцемента М 400. Использовалось следующее весовое соотношение компонентов для приготовления бетонной смеси: Цемент - 4 части, песок - 2 части, вода - 2 части.
В рамках испытаний были проведены измерения прочности на сжатие полученных образцов методом ударного отскока с использованием склерометра RGK-SK 60. Диапазон измерения прочности данного прибора - 10-60 МПа, погрешность измерений - 15 %. Контроль прочности образцов производился по ГОСТ 22690. Сам принцип действия склерометра основан на ударе с нормированной энергией бойка о поверхность бетона и измерении высоты его отскока (Н) в условных единицах шкалы прибора, являющейся косвенной характеристикой прочности бетона на сжатие. Прочность определяют по градуировочным зависимостям между высотой отскока и прочностью бетона на сжатие заранее установленным путем. Испытания проводились на 7-ые сутки изготовления образцов, что позволило обследовать образцы уже набравшие 70 % прочности.
Результаты испытаний образцов
Таблица 1
Номер образца Результат 1, МПа Результат 2, МПа Результат 3, МПа
1 16,2 16,4 17,4
2 14,9 14,9 14,9
3 14,9 16,2 16,2
4 14,9 16,2 16,2
5 16,2 14,9 16,2
6 17,4 16,2 17,4
7 Менее 10 14,9 14,9
8 Менее 10 Менее 10 Менее 10
9 Менее 10 Менее 10 Менее 10
10 - - -
Технические науки
177
Также были проведены испытания на одноосное сжатие образцов бетона, напечатанных на основе цементно-песчаной смеси (ЦПС) «Профи» марки М300 на прессе в Испытательном центре государственного Архитектурно-строительного университета по методике ГОСТ 101180-2012, методом «штампа» - неметаллические накладки с длиной ребра 30 мм. На испытания были направлены 2 образца, со сроком изготовления 2 недели. Полученные результаты следующее: предел прочности образцов на сжатие составил для первого образца - 12,7 МПа, для второго - 14,1 Мпа. Прочность образца с фиброволокном оказалась выше. Таким образом, для 2-недельной давности прочность можно характеризовать классом М150 для обоих образцов, и М 200 для второго образца после 28 дней.
Выводы:
- образцы, полученные экструдированием цементно-песчаной смеси по итогам испытаний не демонстрируют значительное снижение прочности по сравнению со способом формования, что подтверждает возможность применения технологии 3d печати для создания строительных материалов;
- образцы, полученные с применением полимера в виде жидкого стекла показали более высокую прочность, что подтверждает обоснованность подхода, заключающегося в наборе прочности через полимеризацию;
- образцы, полученные с использованием фиброволокна в комплексе с жидким стеклом показали свою более низкую прочность по сравнению с аналогами с их отсутствием при варианте экструдирования способом решётки, так как процесс полимеризации стекла визуально задерживается фиброволокном;
- экструдирование решёткой показало более высокую прочность залитых материалов по сравнению с параллельно залитыми образцами;
- создание образцов стройматериалов методом 3d печати с расположением слоёв решеткой позволяет обеспечить необходимую прочность, соотносимую с прочностью традиционных строительных материалов.
Решаемой научно-технической задачей является разработка строительного 3d принтера, обладающего простотой конструкции, не требующего монтажа на сложную систему колонн, либо стены, способного использовать местное строительное сырьё вместе со специальными полимерными добавками, а также отличающегося невысокой стоимостью по сравнению с аналогами, способного изготавливать композитные стеновые панели моментальной готовности по качеству, сопоставимые с обычными железобетонными панелями и использовать их для ИЖС и другого гражданского строительства, соответствующие принятым в отрасли стандартам прочности, а также осуществлять возведений композитных стен моментальной готовности с прочностью, сопоставимой с используемыми технологиями, такими как пеноблоки.
178
НОВОЕ СЛОВО В НАУКЕ И ПРАКТИКЕ
Решение научно-технической задачи позволит получить устройство, эффективно и быстро возводящее как стены зданий категории ИЖС (индивидуального жилищного строительства) и МАФ (малых архитектурных форм), таки и печатающее композитные стеновые панели, тем самым решая острую жилищную проблему в России путём трехмерной печати на строительном принтере.
Список литературы:
1. Цай Т.Н. Строительные конструкции: в 2-х т. Т. 2. Железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1977. - 448 с.
2. spezavia.pro.
3. Жидкое стекло в строительстве [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://nasio.ru/20/.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВТОРИЧНОГО ПЭТ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ
© Онучин Д.А.*
АО «КРАО», г. Архангельск
Статья посвящена перспективам применения переработанного поли-этилентерефталат для производства композитной арматуры. В статье описываются преимущества композитной арматуры и ее видов, рассказывается об арматуре АСПЭТ и об эксперименте, проведенном с целью получения переработанного ПЭТ. Выводы позволяют говорить о соответствии вторичного ПЭТ, полученного в лабораторных условиях, производственным требованиям.
Ключевые слова: арматура, композиты, полиэтилентерефталат, вторичный ПЭТ.
На сегодняшний день прогресс в создании новых видов стальной арматуры, применяемой в железобетоне, крайне замедлился. Дальнейшее её совершенствование при существующем уровне технологий экономически нецелесообразно с учетом задач, которые решаются путем ее применения. Тем не менее, все чаще возникают новые стандарты, требующие альтернативных решений для армирования бетона. Новые виды арматуры должны быть лишены недостатков, присущих стальной: они должны обладать более низкими весом и теплопроводностью, более высокими прочностью на разрыв и химической стойкостью, должны представлять из себя диэлектрик и быть радиопрозрачными. Таким решением стала композитная арматура.
Эксперт по работе с инициативами.
