Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,556

Население планеты увеличивается быстрыми темпами, и каждому нужен дом. Скорость роста численности людей выше, чем скорость строительства домов и подготовки специалистов. На данном этапе строительство является единственной полностью не автоматизированной отраслью производства в наше время. Участие людей требуется на всех стадиях, что оборачивается высокими трудозатратами, медленной скоростью, коррумпированностью и вечным перерасходом бюджета. Кроме того, строительство – одна из самых опасных профессиональных сфер, исходя из числа несчастных случаев на производстве [1 – 19].

3D-печать или «аддитивное производство» – процесс создания цельных трехмерных объектов практически любой геометрической формы на основе цифровой модели. 3D-печать основана на концепции построения объекта последовательно наносимыми слоями, отображающими контуры модели. Фактически, 3D-печать является полной противоположностью таких традиционных методов механического производства и обработки, как фрезеровка или резка, где формирование облика изделия происходит за счет удаления лишнего материала (т.н. «субтрактивное производство»). 3D-принтерами называют станки с программным управлением, выполняющие построение детали аддитивным способом.

Хотя технология 3D-печати появилась еще в 80-х годах прошлого века, широкое коммерческое распространение 3D-принтеры получили только в начале 2010-х. Первый дееспособный 3D-принтер был создан Чарльзом Халлом, одним из основателей корпорации 3D Systems. В начале 21 века произошел значительный рост продаж, что привело к резкому падению стоимости устройств. Согласно данным консалтинговой фирмы WohlersAssociates, в 2012 году объем мирового рынка 3D-принтеров и сопутствующих сервисов достиг $2,2млрд., показав рост на 29 % по сравнению с 2011 годом.

3D-печатные технологии используются для прототипирования и распределенного производства в архитектуре, строительстве, промышленном дизайне, автомобильной, аэрокосмической, военно-промышленной, инженерной и медицинской отраслях, биоинженерии (для создания искусственных тканей), производстве модной одежды и обуви, ювелирных изделий, в образовании, географических информационных системах, пищевой промышленности и многих других сферах [20 – 33].

Согласно исследованиям, домашние 3D-принтеры с открытым исходным кодом позволят отыграть капитальные затраты на собственное приобретение за счет экономичности бытового производства предметов.

Основные методы аддитивного производства представлены в табл. 1.

Таблица 1

Основные методы аддитивного производства

Таблица 2

Доля аддитивного производства в ведущих странах мира

Как и другие технологии аддитивного производства, струйная трехмерная печать подразумевает послойное построение физических объектов на основе цифровой трехмерной модели. В качестве расходных материалов используются всевозможные порошки, наносимые последовательными тонкими слоями. Контуры модели вычерчиваются печатной головкой, наносящей связующий материал. Таким образом, частицы каждого нового слоя склеиваются между собой и с предыдущими слоями до образования готовой трехмерной модели.

Уже сегодня развиты все технологии, которые позволяют преобразовать индустрию строительства. Посредством 3D-принтера стены, крыши, полы, панели и другие структурные элементы различных конфигураций могут быть изготовлены намного проще, быстрее и качественнее. Чтобы построить любую конструкцию, достаточно просто смоделировать объект и нажать кнопку принтера. Остальное техника сделает сама.

Отчёт MarketsandMarkets подтверждает, что потенциал аддитивных технологий в строительстве действительно огромен. Согласно представленной информации, трёхмерная печать даёт возможность сэкономить около 30-60 % расходных материалов, в более чем два раза сократить время процесса строительства, а также на 50-80 % снизить издержки на рабочую силу.

Чтобы вычислить объём рынка к 2021 году, эксперты проанализировали мировую статистику продаж и пообщались с директорами ведущих компаний отрасли. Стало известно, что, несмотря на мировую тенденцию к внедрению аддитивных технологий, главную роль в популяризации инновационного метода строительства играет Азиатско-Тихоокеанский регион. Подобная тенденция не случайна, ведь именно Китай и Индия имеют проблемы с постоянным приростом населения.

Среди известных во всём мире компаний, которые применяют аддитивные технологии в строительстве, можно выделить голландскую фирму DUS Architects, британскую Fosters + Partners и китайскую WinSunGlobal. Кроме того, новой технологией возведения зданий активно интересуются французы из LafargeHolcim и британские организации Carillon PLC, BalfourBeatty PLC и KierGroup PLC.

Специалисты говорят, что значительно вырастет доля каждого сегмента рынка 3D-печати бетоном, будь то бытовое, архитектурное или промышленное строительство. В частности, ещё с прошлого года за счёт инвестиций и роста темпов урбанизации аддитивные технологии стали активнее применяться для возведения жилых и коммерческих зданий.

Основываясь на результатах анализа развития и совершенствования бетонов и конструкций, следует отметить, что фибробетон является, одним из перспективных строительных материалов XXI-го века. Первый в мире патент на фибробетонную конструкцию, был получен российским ученым Некрасовым В.П. в 1909 году, а широкое развитие, исследования по разработке фибробетонов и методов расчета конструкций из них получили с 60-х годов ХХ-го века.

Фибробетон отличается от традиционного, более высокими показателями прочности на растяжение, изгиб, срез, ударной и усталостной прочностью, трещиностойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, жаропрочностью и пожаростойкостью. По показателю работы разрушения фибробетон до 20-ти раз может превосходить обычный бетон. Все это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность.

Для данного исследования разработали смесь с фиброволокном и минеральными добавками. После серии экспериментов остановились на подходящих пропорциях. Смесь получилась достаточно пластичной и прочной – способной выдержать 2 десятка слоёв при непрерывной печати.

Можно сказать, что фибробетон обладает повышенной прочностью к нагрузкам, не усаживается и не образует трещин во время службы. Наиболее примечательные его качества – длительный срок эксплуатации, плотность и стойкость к износу. Кроме того, фибробетон не теряет свойства под действием низких температур, влаги и огня.

В своём исследовании удалось выяснить, что мешает повсеместному внедрению аддитивного метода строительства. Оказалось, что главными проблемами являются недостаточная информированность о новой технологии и необходимость вложить значительную сумму средств, чтобы внедрить данную технологию.