Как бетон становится искусством…

Ставшая сегодня популярной 3D-печать открыла для столь традиционного материала, как бетон, новые возможности применения – его используют в архитектуре для создания скульптур и декоративных элементов, элементов благоустройства и городской инфраструктуры и многого другого.

Бетон — прочный и долговечный материал, но его пластичность не использовалась раньше в полной мере. Теперь же с помощью аддитивного подхода обыденный и тяжелый материал становится ключом к созданию уникальных пространств и гибких форм.

Традиционно бетон в строительстве применяется для возведения фундамента, но теперь, благодаря 3D-печати, на свет появляются целые жилые комплексы, мосты, скульптуры и инсталляции, создание которых еще недавно казалось невозможным. Иными словами, 3D-печать из бетона — это не просто технология, это новое искусство, способное преобразить облик городов и окружающей среды в целом. Причем бетон можно окрасить в натуральные оттенки – земляные, зеленые, синие – чтобы он идеально вписывался в окружающий ландшафт.

Город ищет нестандартные форматы для изделий, так как привычные варианты — обычные квадратные скамейки, вазоны и кашпо — уже приелись. Необходимы элементы, которые привнесут индивидуальность и уникальность в городской ландшафт, в том числе бордюры и подпорные стенки. А более креативные методы сделают пространство более разнообразным и интересным.

Современное строительство включает в себя не только возведение высоких зданий, но и малоэтажное строительство с использованием технологий 3D-печати. Хотя существуют сложности и нюансы, тем не менее применение 3D-принтеров позволяет строить быстро и эффективно. С помощью технологии создаются сборные элементы, которые затем соединяются, подобно строительству из конструктора.

В основе всего процесса лежит аддитивное производство, которое позволяет создавать объекты, накладывая слои материала друг на друга. Но процесс начинается с идеи, рисунка, на основе которого архитектор создает 3D-модель объекта, который затем разбивается на слои. Эти слои переводятся в команды для 3D-принтера. После чего роботизированная рука 3D-принтера двигается по заданной траектории и наносит бетонный материал на платформу, создавая постепенно трехмерный объект. Бетонная смесь подается через сопло и укладывается слой за слоем в соответствии с заданным цифровым проектом.

Таким образом, начинается трансформация традиционных методов работы и происходит расширение возможностей в создании объектов искусства, где проекты могут реализовываться намного быстрее и эффективнее, используя современные инструменты и подходы.

Преимущества технологии

3D-печать бетоном имеет ряд достоинств и преимуществ. Так, при правильном проектировании, армировании и использовании качественных материалов напечатанные изделия не уступают изделиям, изготовленным традиционным методом. Причем технология позволяет создавать как небольшие изделия, так и крупные конструкции. Из напечатанных префабов, как из конструктора, можно собирать дома и другие сложные сооружения. Отдельно стоит отметить, что 3D-печать может модернизировать уже существующую инфраструктуру, здания и городские объекты. Например, напечатанная входная группа способна кардинально изменить внешний вид здания.

Что касается стоимости, то иногда начальные инвестиции могут быть высокими, но в долгосрочной перспективе технология снижает затраты благодаря сокращению времени и отходов. Продукция из бетона долговечна, что делает такие инвестиции выгодными. А отечественное оборудование и материалы позволяют предложить доступные цены.

3D-печать подразумевает под собой параметрическое проектирование, которое позволяет воплотить в жизнь идею, увидев множество ее вариантов, и создавать сложные геометрические формы из бетона, недоступные традиционным методам, в сжатые сроки. Технология обеспечивает высокую точность и повторяемость, что приводит к более качественным и долговечным сооружениям. 3D-печать – это скорость и эффективность, она позволяет сократить время и количество процессов при производстве, а также затраты на рабочую силу, что делает проекты более доступными. Кроме того, технология органично вписывает объекты в природную среду.

Необходимые кадры

Конечно, работать с новыми технологиями могут далеко не все. Для 3D-печати требуются не просто архитекторы, а специалисты, объединяющие в себе несколько профессий. Например, архитектор-программист, чья работа связана с изучением и разработкой параметров, основанных на алгоритмах и математических формулах, файлах и кодах. Это смежная профессия на стыке искусства и технологий, ведь в процессе создания объектов используются современные инструменты для проектирования. Архитектор-программист обеспечивает эстетику объектов и их инженерную точность. Для этого необходимо изучать различные технологии, включая робототехнику, 3D-печать и фрезеровку, а также программирование.

Оператор, управляющий и обслуживающий 3D-принтер, неустанно следит за печатью и контролирует исправность оборудования. Благодаря созданным управляющим программам можно контролировать всю цепочку производства с одного аппарата. Различные датчики отвечают за определенные параметры работы принтера. Например, один датчик следит за подачей бумаги, другой — за уровнем чернил, а третий контролирует качество печати. И все они работают в синхронизации, что позволяет обеспечить высокий уровень надежности и производительности. Кроме того, в процессе печати оператор следит за сообщениями системы, которые информируют о текущем состоянии оборудования, чтобы в случае обнаружения неполадок принять меры по их быстрому устранению. Работа оператора требует высокой концентрации и умения быстро реагировать на изменения, ведь от корректного функционирования принтера зависит не только качество готовой продукции, но и соблюдение сроков производства.

Аддитивное производство в Москве

Журналистов редакции журнала «Строительство» в рамках пресс-тура пригласили на открытие аддитивного цеха SLOИ в Москве. Компания планирует создание изделий для городского благоустройства с возможностью интеграции деревянных, стеклянных и металлических элементов.

Главный ориентир – на 3D-печать архитектурных изделий, делая технологии доступными для архитекторов и застройщиков, в стремлении создать уникальные и экологически устойчивые объекты, отличающиеся от стандартных бетонных изделий. Планируется использовать концепцию сборки зданий по модульному принципу, применяя 3D-печать для небольших высоток и малоэтажного строительства, включая съемную опалубку для фундаментов и стен.

Процесс включает создание внешних стенок, их транспортировку и последующее армирование. А в целом подход базируется на параметрическом моделировании, где используются алгоритмы для расчета конструкции, в том числе при сотрудничестве с технологами для адаптации бетонных смесей. Смеси для принтеров подготавливаются и смешиваются непосредственно перед экструзией, что упрощает процесс.

Печать на отечественных 3D-принтерах Лерто из разных типов бетонных смесей происходит без швов, с интеграцией арматуры в каждый слой, а также с использованием мягкого бетона, который сразу армируется стекловолокном или металлической сеткой.

Бетон, используемый для 3D-печати, по свойству напоминает тесто, а после печати он застывает через 24 ч. и готов к эксплуатации, причем в процессе печати создаются слои, нижние из которых остаются мягкими и тестообразными. Для адаптации смесей под печать добавляются специальные добавки, которые ускоряют процесс затвердевания.

После завершения печати объекту нужно время для застывания и набора прочности, чтобы его можно было безопасно транспортировать и монтировать. Изделия на следующий день уже становятся прочными, а полная прочность достигается через 28 дней, как у любого другого бетона. Весь процесс происходит быстро, с активным использованием роботов для печати и материалов только от отечественных производителей.

Сроки строительства сокращаются, т.к. нет необходимости в замешивании и сборке больших бригад для организации работ. Технология позволяет разрабатывать конструкции на заводе, печатать их, готовить к транспортировке и собирать на месте. Таким образом, можно точно рассчитывать, сколько материалов нужно и сколько времени займет работа.

Принтеры Лерто, разработанные в Петрозаводске, управляются через телефон и отслеживаются по камерам. В сравнении с уже существующими на рынке аппаратами у принтеров Лерто более современные технологии подачи воды и цемента: бетон замешивается непосредственно перед печатью, что делает процесс более чистым. А инновационные бетонные смеси могут изменять текстуру, цвет бетона, открывая новые возможности для архитекторов и дизайнеров. Применяя технологию, можно строить современные конструкции быстрее и эффективнее, сокращая себестоимость и снижая количество отходов. 

А с помощью лазерного 3D-сканирования «СПИН» можно идеально интегрировать созданные изделия в городское пространство. К слову, сканировать можно не только напечатанные объекты – в чем лично убедились наши журналисты.

Таким образом, благодаря технологии 3D-печати, бетон становится сегодня максимально доступным и удобным для применения в строительной отрасли, архитектура – более сложной и эстетичной, а жизнь людей – комфортной и красивой.

Владислав Крупен

Фото: SLOИ, Владислав Крупен

Этот материал опубликован в декабрьском  номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать по ссылкеhttps://www.ancb.ru/files/pdf/pc/Otraslevoy_zhurnal_Stroitelstvo_-_2024_god_12_2024_pc.pdf