كيف تعمل الطابعة ثلاثية الأبعاد لبناء المنزل؟ الاستثمار والعائد على الاستثمار. الإنتاج التسلسلي للطابعات

يتم تجديد الواقع من حولنا بسرعة مذهلة مع اكتشافات جديدة على الأكثر مناطق مختلفةالتكنولوجيا، يكتسب تقنيات جديدة. فيما بينها - تكنولوجيا ثلاثية الأبعاد,والتي أصبحت راسخة في الهندسة الميكانيكية والطب خلال عقد ونصف فقط الصناعات الغذائيةوعالم آخر صيحات الموضة والهندسة المعمارية وحتى البناء.

تكنولوجيا الطباعة المنزلية

جرت محاولات لاستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد في تشييد المباني السكنية. مجموعات مختلفةالعلماء منذ 2000s.

تستخدم في دور الطباعة طريقة طبقة تلو طبقة لبناء مشروع البناء.لهذا الغرض في المركز موقع البناءيضعون الطابعة نفسها - جهاز عملاق يمكنه التحرك على قضبان خاصة حول الكائن الذي يتم بناؤه. عادة ما يتجاوز ارتفاع طابعة البناء ارتفاع المبنى قيد الإنشاء. على سبيل المثال، جهاز يبلغ عرضه حوالي 10 أمتار وطوله 150 مترًا ينشئ صندوق بناء بارتفاع 6 أمتار في بضع ساعات.

"خراطيش" لذلك خليط خرساني ذو تركيبة خاصة.يخرج من فوهة الطابعة، تماما مثل معجون الأسنانتقلص من الأنبوب. يتم توفير الحبر الخرساني وفقًا لـ برنامج الحاسبطبقة بعد طبقة تشكل بنية معينة. بفضل ضغط الطبقات الفوقية، يتم ضغط الطبقات السفلية تدريجيا، والحصول على القوة اللازمة. يبلغ سمك الجدران عادة 30 سم، وارتفاع الطبقة 10 سم.

تقوم الطابعة ببناء الأساس تدريجيًا، ووضع الجدران، وتثبيت الإطار. في هذه المرحلة، تقتصر مسؤوليات العمال على مراقبة توريد المحلول. أ صنع يدوييتكون من تركيب الأبواب والنوافذ في الفتحات المعدة، وإقامة السقف ومد الاتصالات.

تتيح لك تركيبة الأسمنت المستخدمة في دمج الطبقة تلو الأخرى إنشاء كائنات بناء من أي شكل، سواء كانت منحنية أو مكعبة. وإضافة الألياف الزجاجية إلى الأسمنت يتيح لك الحصول على هياكل متينة للغاية.

طرق لتحسين البناء ثلاثي الأبعاد

يتم باستمرار تحسين تكنولوجيا البناء ثلاثية الأبعاد. هناك بالفعل مشاريع تسمح بذلك دور الطباعة جنبا إلى جنب مع الأسلاك والسباكة.لقد تحدثنا حتى الآن عن بناء المبنى نفسه. ومع ذلك، كان من الممكن اختراع البوليمر الذي يستخدم بنجاح لطباعة الأقسام الداخلية والديكور الداخلي.

لاستخدام طابعات البناء في دول مختلفةتناسب بشكل مختلف. دعنا نقول في هولندا، لا يطبعون المنازل، بل يطبعون الطوب الفردي.شكلها يجعلها تشكل هياكل قوية جدًا دون أي مواد لاصقة، وذلك بفضل الجاذبية وحدها.

تكنولوجيا البناء المطبوعة لا تزال في مرحلة الاختبار، لأنها لا تخلو من ذلك نقاط الضعف. ومن بينها الصعوبات في تركيب الاتصالات المختلفة، والحجم المذهل والتكلفة العالية للطابعات المنزلية، والمخاوف من ظهور الشقوق عندما عملية طويلة الأمدمثل هذه المباني. حتى الآن، تقرر شركات البناء بشكل أساسي بناء منازل من طابق واحد، وجراجات، وشرفات مراقبة، وما إلى ذلك.

في عام 2014، تجرأ عمال البناء الصينيون على طباعة منازل لقرية صغيرة (10 منازل صغيرة). ومن أجل القوة، استخدموا الألياف الزجاجية كمواد تقوية. يتم اختبار قوتهم من خلال الأمطار الغزيرة والرياح والصقيع المر. لا يوجد سكان فيها.

وبعد عام، وباستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد، أكملوا بناء مبنى سكني من خمسة طوابق.

توفر التكنولوجيا نفسها وفورات كبيرة في العمالة والمواد. وسرعة البناء هكذا يمكنك "طباعة" منزل صغير في يوم واحد.بالإضافة إلى ذلك، يتم إضافة مخلفات البناء التي تظهر حتماً إلى الخرسانة، وبالتالي تنظيف موقع البناء.

العمل الجماعي لروبوتات البناء

ومن بين المنتجات الجديدة المذهلة للغاية فريق من الروبوتات ثلاثية الأبعاد (Minibulder) القادرة على طباعة كائنات البناء بأحجام مختلفة.

يتكون "فريق" بناء الروبوتات من عدة نماذج. كل واحد منهم يؤدي وظائف معينة، تنسيق الإجراءات مع بعضها البعض. يدير الفريق بأكمله الكمبيوتر المركزي. تم تجهيز الروبوتات المنفذة بمجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار ونظام يوفر نقل البيانات إلى كمبيوتر التحكم. من خلال تحليل المعلومات الواردة، يحدد المهام لكل من الروبوتات. وتتوزع "مسؤوليات" النماذج على النحو التالي:

• يقوم الروبوت الأول بتزويد "زملائه" بالأسمنت السائل.
• والثاني يشكل الأساس.
• والثالث يطبع (ينتصب) الجدران، ويجفف الخرسانة على الفور، ويشكل العتبات والأسقف.
• وظيفة أعمال التشطيب"أخيهم" الرابع يؤديهم. يتم تركيبه على أكواب الشفط مباشرة على الحائط، حيث يقوم بوضع الجص وتنعيم الأسطح غير المستوية. لا يتجاوز حجم روبوتات البناء هذه 42 سم، وهي عبارة عن بناء فريد تمامًا للجسر مضيق كيرتش، سبقه إنشاء نسخة مصغرة منه بمقياس 1:50، مطبوعة على الطابعة. كانت هي التي اجتازت بنجاح جميع الاختبارات في نفق الرياح.
• تنتج روسيا طابعاتها ثلاثية الأبعاد المستخدمة في البناء تقنيات مختلفة.

من الصعب التنبؤ بالابتكارات المتوقعة في صناعة البناء في المستقبل. ومن المحتمل أن يتم استخدام هذه التكنولوجيا بنجاح في المستقبل القريب ليس فقط في تشييد المباني على الأرض، ولكن أيضًا على سطح القمر.

إذا كانت هذه الرسالة مفيدة لك، سأكون سعيدًا برؤيتك

تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء واحدة من أكثر المجالات إثارة للجدل ولكنها سريعة التطور في مجال التقنيات المضافة. يتنافس المهندسون من جميع أنحاء العالم لإنشاء طابعات ثلاثية الأبعاد لوضع خلطات الملاط، وتتراوح المشاريع بين القبيحة والمبنية على حل سريعحظائر للمباني متعددة الطوابق.

اليوم سوف نشيد بأكثر من ذلك أسماء مشهورةفي مجال تقنيات البناء المضافة وسنحاول فهم ماهية الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء وكيفية استخدامها وما يمكن توقعه في المستقبل.

صياغة كفاف
أحد المؤسسين التقنيات الحديثةيعتبر البروفيسور بيروخ خوشنيفيس شخصية رائدة في مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء. انتقل بيروش، وهو مواطن إيراني، إلى الولايات المتحدة ويعمل حاليًا في مكتب عميد الجامعة. جنوب كاليفورنيا(USC)، ويعمل أيضًا بشكل وثيق مع وكالة ناسا. البروفيسور كوشنيفيس هو مؤلف تقنية Contour Crafting، والتي كانت بطريقة أو بأخرى بمثابة الأساس للتطورات البديلة: يتم تطبيق خليط البناء باستخدام جهاز بثق مثبت على هيكل بوابة متحرك.

يوفر الإصدار الكامل من التكنولوجيا عملية مؤتمتة بالكامل، بما في ذلك تركيب التجهيزات والاتصالات أثناء الطباعة باستخدام الأذرع الآلية. ومع ذلك، فإن العمل على هذه التكنولوجيا مستمر منذ عام 1995 نتائج عمليةقليلة، أو أنها تبقى سرية. والحقيقة أن إحدى رعاة البحث هي البحرية الأمريكية المهتمة بتكنولوجيا البناء الآلي للقواعد العسكرية. ومنذ عام 2010، أصبحت ناسا أيضًا مهتمة بعمل الفريق، في حاجة إلى طريقة مناسبة لبناء مستعمرات قمرية ومريخية.

تمكن Koshnevis من اتهام شركة البناء الصينية WinSun بسرقة التكنولوجيا ( انظر أدناه)، وتعزيز مكانتها بسرعة في السوق التجارية. شكل D
أحد أكثر الخيارات غير المعتادة للطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء، والتي طورها المهندس الإيطالي إنريكو ديني. على عكس الآلات المنافسة، لا تستخدم الطابعة ثلاثية الأبعاد D-Shape جهاز بثق ثلاثي المحاور، ولكنها تعتمد بدلاً من ذلك على مجموعة من 300 فوهة مثبتة على منصة متحركة.

منطقة العمل في النسخة الحاليةهو 6x6 متر. التكنولوجيا أشبه الطباعة النافثة للحبر، ويتم استخدام المصفوفة لتطبيق عامل ربط على طبقات الرمل. النموذج الأول للطابعة، الحاصل على براءة اختراع عام 2006، تمت طباعته باستخدام راتنجات الإيبوكسي، لكن هذا الأسلوب تسبب في العديد من الصعوبات التقنية وتم التخلي عنه. نسخة جديدة، الحاصل على براءة اختراع في عام 2008، يستخدم أكاسيد المعادن وكلوريد المغنيسيوم كمواد رابطة.

من الناحية النظرية، التكنولوجيا تجعل من الممكن تحقيقه السرعه العاليهومع ذلك، في الطباعة، هناك قيود في الممارسة العملية بسبب المعالجة البطيئة للمادة - يستغرق الإعداد الكامل يومًا واحدًا تقريبًا. من ناحية أخرى، تعمل المادة المتبقية كدعم، حيث تقوم بإزالة الحمل الميكانيكي جزئيًا من الطبقات الجديدة. على الرغم من أن ديني لا يفقد الأمل في تسويق تقنيته، إلا أن المثال الأكثر إثارة للإعجاب للطباعة العملية حتى الآن يظل منحوتة صلبة تسمى "راديولاريا" تبلغ أبعادها 3 × 3 × 3 أمتار. "StroyBot" لأندريه رودنكو
يأخذ أندريه رودينكو بحق مكان أحد رواد الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء. المهندس الموهوب، الذي انتقل إلى مينيسوتا، جذب الانتباه لأول مرة بمشروعه لقلعة خيالية مصغرة، تم صنعها باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد من تصميمه الخاص تسمى "StroyBot".

تبين أن طريق المطور شائك، والمشاكل الرئيسية لا تكمن في التكنولوجيا، بل في البيروقراطية المنتشرة في كل مكان. في مواجهة الشريط الأحمر في الولايات المتحدة وعدم وجود أوهام خاصة حول السوق الروسية، وجد أندريه الدعم في شخص لويس ياكيتش، رجل الأعمال من كاليفورنيا ومالك فندق لويس جراند في الفلبين.

هناك أظهر رودينكو القدرات الكاملة لتقنيته من خلال طباعة امتداد بمساحة 130 مترًا مربعًا يضم عدة غرف نوم وجميع الاتصالات اللازمة وحتى جاكوزي ( انظر الفيديو أدناه).

تم استخدام الخرسانة الجيوبوليمرية المصنوعة من الرماد البركاني كمواد استهلاكية. يعد المشروع فريدًا أيضًا من حيث أن جناح الفندق أصبح أول منشأة مطبوعة ثلاثية الأبعاد في العالم. يمكنك معرفة المزيد عن تطورات أندريه رودنكو. سبيتسافيا
كانت شركة Spetsavia محظوظة بذلك السوق الروسيةإلى حد أكبر بكثير. منذ عدة سنوات، تقوم شركة ياروسلافل، التي تخصصت في البداية في إنتاج آلات CNC لصناعة تشغيل المعادن، ببناء طابعات ثلاثية الأبعاد للبناء. تتكون مجموعة منتجات الشركة اليوم من سبعة خيارات على الأقل بأحجام مختلفة.

كان المشروع الأكثر شهرة باستخدام طابعة Spetsavia 3D هو بناء غرفة حراسة غير عادية على أراضي مصنع الأسمنت في يكاترينبرج: قرر مدير الشركة، رينات بريلين، الذي كان مهتمًا بالطباعة ثلاثية الأبعاد منذ سنوات دراسته، وضع حراس المصنع في نسخة طبق الأصل من برج قلعة وينترفيل من المسلسل التلفزيوني الشهير "لعبة العروش". تشييد مبنى غير عادي، تمت طباعته باستخدام الطابعة S-6044 Long 3D، العام الماضي. إن التعاون بين بريلين وسبيتسافيا مفيد للطرفين، لأنه مع وجود طابعة ثلاثية الأبعاد في متناول اليد، يمكن لموظفي المصنع اختبار خلائط بناء خاصة "دون مغادرة ماكينة تسجيل النقد". في عام 2016، باعت الشركة ما يقرب من ثلاثين طابعة ثلاثية الأبعاد للبناء، وتخطط هذا العام لعرض مشاريع واسعة النطاق: في ديسمبر 2015، قام متخصصو الشركة بطباعة مبنى كامل بمساحة 165 مترًا مربعًا لأول مرة وقت. متر. وتم استخدام تقنيات مختلفة أثناء البناء، وتمت طباعة جزء من المبنى مباشرة في الموقع، وتمت طباعة بعض الكتل في الورشة قبل تسليمها إلى الموقع وتجميعها. تم تعزيز القوالب الدائمة أثناء الطباعة. بعد التجميع، تم ملء العناصر الحاملة للجدران بالخرسانة المنتجة من قبل مصنع أسمنت ييكاتيرينبرج المذكور أعلاه، و الكفاف الخارجيمعزولة بالخرسانة الجبسية الرغوية من مصنع المونوليت. وبحسب خطط المالك سيتم الانتهاء من تشطيب المبنى في الصيف السنة الحاليةوبعد ذلك سيتم عرض المشروع للجمهور. أبيس كور
لدى Spetsavia أيضًا منافس واعد مثير للاهتمام يتمثل في شركة Apis Cor في إيركوتسك. إذا كانت طابعات Spetsavia ثلاثية الأبعاد، مثل طابعات معظم المنافسين، تستخدم تصميم البوابة، فإن تطوير Apis Cor يعتمد على استخدام مناور تلسكوبي على منصة دوارة. بمعنى آخر، تقوم الطابعة ببناء جدران حول نفسها، وبمجرد اكتمال البناء، يتم نقلها إلى موقع آخر باستخدام رافعة. تم تصميم التصميم مع الأخذ في الاعتبار إمكانية التنقل العالية: الوحدة المدمجة، التي تزن ستة أطنان، يمكن وضعها بسهولة في الشاحنة.

تم الانتهاء من أول عرض كامل لقدرات الطابعة ثلاثية الأبعاد غير العادية قبل شهر. الشكل الدائري غير المعتاد للمنزل بمساحة 37 مترًا مربعًا. توضح العدادات بوضوح المرونة المعمارية للطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء. استغرق بناء الجدران أقل من يوم واحد، لكن الأمر استغرق حوالي شهر آخر لتصلب بالكامل. لاحظ أن المشروع تم تنفيذه ليس بأفضل طريقة احوال الطقسولهذا السبب كان لا بد من بناء المنشأة تحت خيمة.

المبنى مجهز بالعزل الحراري وجميع الاتصالات اللازمة، لكن لن يسكن فيه أحد، لأن هذا المبنى مخصص للأغراض التوضيحية فقط. التالي هو مشروع أوسع نطاقًا: بناء منزلين تجريبيين في تكساس، ثم بالتعاون مع أحد السكان المحليين شركة بناءاقتصاد الشمس. WinSun
وأخيرا، المؤسسة الأكثر شهرة في هذه الصناعة شركة صينية WinSun. وفي عام 2014، اشتهرت إحدى شركات شنغهاي في جميع أنحاء العالم ببناء عشرة مباني مطبوعة ثلاثية الأبعاد في يوم واحد فقط. في الواقع، تبين أن كل شيء أكثر تواضعا إلى حد ما: تم طباعة "الصناديق" الصغيرة كتلة تلو الأخرى في ورشة العمل، ثم تم تجميعها في موقع البناء بدون تجهيزات أو اتصالات، ولكن مع الزجاج. ومع ذلك، فقد تم البدء. وبعد أقل من عام، ميز البنائين الصينيين أنفسهم بأكبر مشروع حتى الآن، أو بالأحرى مشروعين في وقت واحد - بمساحة 1100 متر مربع. متر.

ولم تمر جهود الشركة دون أن يلاحظها أحد: فبحلول عام 2016، كان ممثلو WinSun يتفاوضون مع السلطات في العراق والمملكة العربية السعودية بشأن عقود ضخمة. ويحتاج العراق إلى بناء نحو عشرة آلاف منزل لتحل محل تلك التي دمرت خلال الحرب، وأصبح السعوديون مهتمين بالختم على الفور لحل أزمة الإسكان المتفاقمة. لا يوجد شيء معروف عن العقود الثابتة حتى الآن، ولكن من وقت لآخر تذكر الشركة نفسها، على سبيل المثال، ببناء الأول.

تم بناء "مكتب المستقبل" في 17 يومًا فقط، بما في ذلك تمديدات الاتصالات والتشطيب والترتيب. إنشاء عمارة بمساحة 250 متر مربع. تم التعامل مع العدادات بواسطة فريق مكون من ثمانية عشر شخصًا، مع عامل واحد فقط يعتني بالطابعة. وبعد الانتهاء من البناء، أصبح المبنى يضم مكتب مؤسسة دبي للمستقبل. الطابعة WinSun 3D هي عبارة عن تصميم بوابة بأبعاد 36x12x6 متر، وهي عبارة عن لوازميتم استخدام مخاليط البناء مع الحشوات المصنوعة من النفايات المعاد تدويرها، وعلى الأرجح الألياف الزجاجية. آفاق الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء
إذن ما هي الإمكانات التي تتمتع بها تكنولوجيا البناء الإضافي؟ من الضروري أن نفهم أن هذا ليس حلا سحريا، وليس بديلا لتقنيات البناء التقليدية، ولكنه إضافة مفيدة. تقتصر الفوائد العملية للطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء حتى الآن على إنتاج العناصر الزخرفية المختلفة والقوالب الدائمة الأشكال المعقدة: لو المشاريع المعمارية WinSun ليست أصلية بشكل خاص، ولكن المبنى التجريبي Apis Cor في Stupino، وأعمدة Rudenko الحلزونية وقباب الكنيسة المطبوعة ثلاثية الأبعاد في Spetsavia تثبت بوضوح حرية التصميم.

يتم حل مشكلة التعزيز والعزل بكل بساطة: عند طباعة الطبقات، يتم وضع التعزيز الأفقي، بعد تصلب القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد، يتم تثبيت الاتصالات، ويتم ملء الحجم الداخلي بتعزيز إضافي وعزل وصب بالخرسانة وفقًا لذلك مع المشروع. السطح الخارجي للجدران مصقول و/أو مجصص. ونتيجة لذلك، يتم تحقيقه وفورات كبيرةعلى القوالب القابلة للإزالة، والأهم من ذلك، العمل. يمكن أن يكون لهذه النقطة الأخيرة تأثير رئيسي على وتيرة تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء مناطق مختلفةالعالم، لأن جاذبية مثل هذه الأتمتة تتناسب بشكل مباشر مع ارتفاع تكلفة العمالة.

لا توجد تقنيات بناء مضافة مؤتمتة بالكامل حتى الآن، باستثناء التطورات النظرية لـ Contour Crafting: صب الأساس وتركيب التعزيزات والاتصالات والأسقف لا يزال يتعين القيام به يدويًا. ومن ناحية أخرى، لا شيء يمنع من نقل هذه المهام إلى أكتاف الروبوتات. وهكذا، أظهر المهندسون من ETH Zurich بالفعل روبوتًا لحامًا قادرًا على الإنشاء، وتعمل الشركة الهولندية MX3D على مشروع معدني بالكامل، وتقوم الشركة الأسترالية Fastbrick Robotics بتصميمه.

لا تتوقع ناطحات سحاب مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد حتى الآن. في السنوات القادمة، سيتم استخدام تقنيات البناء المضافة بشكل أساسي لإنتاج العناصر الزخرفية وأشياء التصميم الصغيرة نسبيًا. سيعتمد حجم التطبيق بشكل مباشر على تكلفة المواد والعمالة وحتى الموقع الجغرافي. على سبيل المثال، طريقة تلبيد الرمال باستخدام المركزة ضوء الشمسوقد تكون جذابة للبناء في المناطق الصحراوية، حيث أن المواد الخام تقع تحت قدميك مباشرة ومصدر الطاقة معلق فوق رأسك. هذه التكنولوجيا، التي اختبرها المهندس البولندي ماركوس كايزر لأول مرة وأطلق عليها اسم "الطباعة الحجرية الشمسية" في الدوائر المحلية، قيد النظر حتى من قبل منظمة NPO التي تحمل اسم S.A. Lavochkin كتكنولوجيا من الثرى.

مدير مشروع 3Dtoday سيرجي بوشكين و المدير التنفيذيناقشت شركة التطوير Capital Group Mikhail Khvesko حاضر ومستقبل تقنيات بناء الطباعة ثلاثية الأبعاد في برنامج "الاقتصاد الجديد" مع كيريل توكاريف على قناة RBC التلفزيونية.