3D принтиране в строителството: как работи и какво може

Преди десетина години 3D принтираната къща беше любопитно видео в социалните мрежи. Днес по света вече има принтирани жилищни квартали, училища, мостове и офис сгради. Технологията е реална, но около нея има и много преувеличения.

Ето какво всъщност представлява 3D принтирането в строителството, в какво е силно, къде все още куца и какво означава това за архитектурния проект.

Какво е 3D принтиране в строителството?

Това е метод, при който роботизирана машина нанася строителен материал слой по слой по дигитален модел, докато изгради стена или цял елемент. В повечето случаи материалът е специално разработена бетонна или циментова смес, която се втвърдява достатъчно бързо, за да понесе следващия слой.

Съществуват два основни подхода:

• Принтиране на място – принтерът се монтира на строителната площадка и изгражда стените директно там.
• Принтиране в завод – елементите се отпечатват в контролирана среда и се транспортират за монтаж.

Освен бетон се експериментира с глина, пръст, полимери, композити и метал – последният главно за мостове и конструктивни детайли.

Как се принтира къща стъпка по стъпка?

Процесът започва задълго преди принтерът да бъде включен – с архитектурния проект, адаптиран за технологията.

1. Проект за принтиране – архитектът проектира сградата, като съобразява дебелината на стените, отворите и формите с възможностите на конкретния принтер.
2. Конструктивно решение – конструкторът определя къде ще има армировка, колони и пояси, защото самият принтиран бетон обикновено не е достатъчен за всички натоварвания.
3. Дигитален модел и траектории – моделът се превръща в инструкции за машината – слой по слой.
4. Основи – изграждат се традиционно, както при всяка сграда.
5. Принтиране на стените – машината изгражда стените, като оставя кухини за изолация, армировка и инсталации.
6. Покрив, дограма и инсталации – поставят се по традиционен начин.
7. Довършителни работи – мазилка или оставена видима слоеста текстура, подове, облицовки.

Затова, когато чуете, че „къща е принтирана за едно денонощие“, обикновено става дума само за времето на машината при стените, а не за цялата сграда.

Какви са плюсовете и минусите на 3D принтирането?

Най-силната страна е свободата на формата и прецизността; най-слабата е, че технологията покрива само част от строителството.

Плюсове

• Свобода на формата – извити стени, органични форми и сложна геометрия без скъп кофраж.
• По-малко отпадъци – материалът се нанася само там, където е нужен.
• Бързина при стените – след като принтерът е настроен, самото изграждане е бързо.
• По-малко тежък ръчен труд – особено при повтарящи се елементи.
• Прецизност – точно изпълнение по дигиталния модел.

Минуси

• Скъпо оборудване и специализирани екипи.
• Ограничени материали – повечето смеси съдържат цимент, който има значителен въглероден отпечатък.
• Нормативна рамка – в много страни, включително у нас, стандартите за принтирани конструкции все още се развиват.
• Частично решение – покривът, инсталациите и довършителните работи остават традиционни.
• Чувствителност към времето – температура, вятър и влажност влияят на принтирането на открито.

Кои са най-известните 3D принтирани сгради?

Няколко проекта станаха ориентири и лесно могат да се намерят онлайн.

• Мостът на MX3D, Амстердам – пешеходен мост от неръждаема стомана, отпечатан от роботи и поставен над канал в историческия център. Сензори в него събират данни за поведението на конструкцията.
• Къщите на ICON, Тексас – американската компания ICON принтира жилища в Остин, включително за общност, която подпомага хора, преживели бездомност, а по-късно и цели квартали.
• Yhnova, Нант – социално жилище във Франция, изградено с принтирана обвивка и предоставено на семейство, един от първите подобни проекти в Европа.
• Офисът на общината в Дубай – административна сграда, чиито стени са принтирани на място от компанията Apis Cor; Дубай си поставя амбициозни цели за 3D принтирано строителство.
• Училище в Малави – класна стая, отпечатана от 14Trees, съвместно предприятие на Holcim и британската институция CDC Group, като пример за бързо изграждане на образователни сгради.

Подходящо ли е 3D принтирането за къща в България?

Засега у нас това е по-скоро пилотна, отколкото масова технология. Всяка сграда, независимо от метода на изграждане, трябва да премине през обичайните етапи – виза за проектиране, технически проект по всички части, одобрение и разрешение за строеж, – а принтираната конструкция трябва да бъде обоснована пред конструктора и одобряващите органи.

Преди да изберете тази технология, обсъдете с архитекта:

• има ли изпълнител с реален опит и какви документи предоставя за материала;
• как се решава армировката и сеизмичната устойчивост;
• как ще бъдат вградени изолацията и инсталациите;
• какво реално се спестява спрямо традиционна или сглобяема конструкция.

Често по-разумен първи ход е принтирането на отделни елементи – декоративни фасадни панели, пейки, саксии, парапети, – където свободата на формата е най-ценна.

Какво означава това за архитектите?

3D принтирането е следствие от дигиталното проектиране. Колкото по-добре е изграден 3D моделът на сградата, толкова по-лесно той може да се превърне в инструкции за машина – независимо дали за принтер, за CNC фреза, или за завод за сглобяеми елементи. Архитектът вече проектира не само формата, но и процеса, по който тя ще бъде изпълнена.

Интересна посока е принтирането от местна пръст и глина вместо от бетон. Пример е TECLA в Италия – жилищен прототип на архитекта Марио Кучинела, отпечатан с принтерите на WASP от глина, добита на място. Такива проекти показват, че технологията може да се свърже с най-старите строителни материали и да намали зависимостта от цимента.

За клиента това означава, че изборът на технология вече е част от проектантския разговор, а не решение, което се взема едва на строителната площадка.

Как подхождаме в DARCH Projects

Работим с детайлни 3D модели от първия ден на архитектурното проектиране, което отваря вратата към нови технологии за изпълнение. Чрез 3D визуализации показваме как ще изглежда и една нестандартна, извита форма, преди да се вземе решение за начина на строителство.

Често задавани въпроси

Колко време отнема да се принтира къща?

Самото принтиране на стените на малка къща може да отнеме от няколко дни до няколко седмици машинно време в зависимост от размера и принтера. Цялата сграда обаче включва основи, покрив, дограма, инсталации и довършителни работи, които се изпълняват традиционно. Затова общият срок за готова къща е значително по-дълъг от това, което показват видеата с принтера.

По-евтина ли е 3D принтираната къща?

Не непременно. Технологията може да спести кофраж, отпадъци и част от ръчния труд при стените, но оборудването е скъпо, а специализираните изпълнители са малко. Стените са само част от цената на една къща – покривът, инсталациите, дограмата и довършителните работи струват същото. Реалната икономия зависи от проекта, мащаба и опита на изпълнителя.

Здрави ли са 3D принтираните къщи?

Добре проектирана и изпълнена принтирана сграда може да бъде здрава и трайна, но това зависи от материала, армировката и конструктивното решение. Самият принтиран бетон обикновено се комбинира с армировка, колони и пояси. В сеизмични райони като България е особено важно конструкцията да бъде изчислена от конструктор и да отговаря на действащите изисквания.

Може ли да се принтира къща в България?

Технически да, но засега това е пилотна технология и изпълнителите с опит са малко. Сградата трябва да премине през обичайните етапи на проектиране и одобрение, а конструкцията – да бъде обоснована пред одобряващите органи. Добре е да обсъдите идеята с архитект още в началото, за да прецените дали принтирането носи реална полза за конкретния проект.