Индивидуально подобранные имплантаты, оптимизированные по весу самолеты и автомобильные компоненты - 3D-печать уже регулярно используется во многих отраслях промышленности. Настало время, чтобы архитектура также принесла пользу, говорит д-р Клаудиус Хенке (Klaudius Henke) из кафедры TUM по лесному строительству и строительству: «Аддитивное производство было бы чрезвычайно привлекательным для строительной промышленности: оно допускает большое разнообразие форм - и даже в небольших количествах - высокую экономическую эффективность».
Печатный бетон - так же хорошо, как заливается
Прототип компонента, выполненного с помощью 3D-печати, находится на столе исследователя: тонкостенная бетонная труба высотой 20 сантиметров, внутри которой есть филигранные стойки, стабилизирующие конструкцию. «Модель для дизайна была кости птицы, которые очень тонкие и легкие, но все еще стабильные», сообщает Хенке. Бионический компонент на самом деле очень устойчивый. Испытания материалов показали, что труба может выдерживать силы 50 ньютонов на квадратный миллиметр. Материал для печати такой же стабильный, как и обычный бетон.
Картинная галерея
Слой за слоем, точка за точкой
При классическом бетонировании, в котором смесь песка, цемента и воды должна затвердеть в опалубке, труба с ее тонкими распорками вряд ли может быть изготовлена. Команда использовала новый аддитивный процесс для производства: «избирательное связывание». Тонкие слои песка пропитаны смесью цемента и воды слой за слоем точно в точках, где должна быть создана массивная структура. После того, как все слои установлены, лишний песок может быть удален, оставляя желаемую структуру бетона.
Производство компонентов около десяти кубометров
Теоретически очень просто. Хитрость была в деталях: исследователи TUM сначала должны были создать систему для селективного связывания. Принтер большого размера заполняет всю лабораторную комнату в подвале кресла: песок наносится с помощью автоматического разбрасывателя. Трехмерная система направляющих гарантирует, что печатающая головка может перемещаться в любую точку комнаты, а сопло может увлажнять нужные участки. Исследователи работали над процессом в течение трех лет: успех зависит, среди прочего, от толщины слоев, размера зерен песка, скорости, с которой движется печатающая головка, и выбора сопел. Совместно с Центром испытаний строительных материалов и материалов ТУМ инженеры оптимизировали различные параметры.
В настоящее время команда разрабатывает 3D-принтер с партнерами из отрасли, печатающая головка которого должна быть оснащена несколькими тысячами сопел. Затем устройство можно использовать для производства компонентов объемом около десяти кубометров в первый раз. «Этого достаточно для производства компонентов свободной формы, высокого этажа», - объявляет Хенке. Ожидается, что первые пробные заезды начнутся в 2018 году.
Пряди становятся стенами
Десятки команд во всем мире борются за лучшие и наиболее эффективные процессы аддитивного производства бетонных деталей. Выборочное связывание является лишь одним из них. Альтернативой является процесс экструзии, который можно использовать для обработки уже смешанного бетона.
Исследователи TUM также изучили и оптимизировали этот метод 3D-печати: «Основным преимуществом здесь является высокая скорость строительства. Выбор компонентов материала и формирование структур внутренней полости позволяют изготавливать многофункциональные компоненты », - объясняет Хенке. Например, добавление древесной стружки, содержащей много воздуха, обеспечивает встроенную теплоизоляцию, которая защищает здание от охлаждения зимой и предотвращает его нагревание летом.
Исследователи из TUM спроектировали и создали экструзионную систему для обработки нового легкого древесного бетона: смесь цемента, дерева и воды прокачивается через форсунку - таким образом, бетон формируется в пряди толщиной около 2 сантиметров. Сопло прикреплено к руке робота, которая, управляемая компьютером, размещает пряди друг на друге таким образом, что образуется желаемая структура.
Прототип из светлого дерева бетона
С помощью процесса экструзии команда TUM уже смогла создать прототип шириной 1,5 метра и высотой 1 метр из легкого древесного бетона. Это такой же эластичный и теплоизоляционный материал, как и коммерчески доступный газобетон. Единственный недостаток: шероховатая поверхность - вы можете четко видеть нити, из которых построены стены. «Эту конструкцию можно использовать как элемент дизайна или отредактировать позже», - говорит Хенке. Легкий древесный бетон легко пилить, фрезеровать и сверлить.
«3D-печать изменит архитектуру», - убежден исследователь: «Технология не только обеспечивает более свободную форму, но и больше разнообразия, поскольку каждый компонент может быть индивидуально разработан без дополнительных затрат» (Jup)