Строительная отрасль, которая долго отставала во внедрении инноваций, например, от промышленности, готова к глобальным изменениям. 

Данный проект посвящен технологиям 3D-печати, которые как минимум десятилетие были уделом энтузиастов. Но сложность выполняемых работ растет и в мире, и в России. Наблюдается кооперация участников рынка. Увеличивается число публичных мероприятий, где демонстрируются возможности 3D-печати для строительных задач, а также поднимаются проблемы, сдерживающие ее развитие. 

В 2024 году в России создана Ассоциация профессионалов аддитивного строительства. В июне пройдет первая тематическая конференция  3DMIX «Аддитивные технологии в строительстве».  

Как оценивают происходящие изменения участники рынка, какие достижения отмечают, какие цели и задачи ставят перед собой – все это вы можете узнать в данном номере журнала «Аддитивные технологии». 

Развитие строительной 3D-печати в мире

Фото компании «AMT»

Как отмечается на ресурсе Construction placements [1], тенденциями в строительстве в 2024 году станут: информационное моделирование зданий (BIM); облачные и мобильные технологии; виртуальная и дополненная реальность; 3D-печать; искусственный интеллект; робототехника; экзоскелеты; новые эффективные решения для сканирования; передовые материалы; машинное обучение; прогнозная аналитика; автономные транспортные средства и др.

По данным маркетингового агентства Research and markets [2], объем рынка строительства зданий с помощью 3D-печати в последние годы растет в геометрической прогрессии, и в ближайшие годы эта тенденция сохранится. Рост можно объяснить технологическим прогрессом, увеличением инвестиций в инфраструктуру возобновляемых источников энергии, эффективностью строительства с помощью 3D-печати по сравнению с традиционными методами, сокращением производственных затрат, развитием технологии 3D-печати и значительным ростом урбанизации.

Ключевые тенденции включают использование экструдеров с роботизированными манипуляторами для повышения производительности, инвестиции в 3D-изготовление элементов зданий и модульное строительство для повышения эффективности, а также внедрение методов «зеленого» строительства. Важной тенденцией является повышение операционной гибкости 3D-печати за счет интеграции искусственного интеллекта (ИИ). Стратегическое партнерство будет иметь решающее значение для позиционирования на рынке.

Спрос на 3D-печать на рынке строительства зданий в первую очередь обусловлен ее способностью эффективно и экономично создавать сложные конструкции в установленные сроки. Среди других преимуществ: экономическая эффективность, экономия времени, повышенная точность, безопасность, снижение затрат на рабочую силу, экологичность и облегчение реализации сложных архитектурных проектов. По сравнению с традиционными производственными процессами 3D-печать в строительстве особенно экономична в использовании материалов. Кроме того, она существенно снижает трудозатраты — на 50–80%, время производства — на 50–75% и строительные отходы — на 30–60%.

Также следует отметить и проблемы внедрения 3D-печати в строительстве [3]. К техническим проблемам относятся: некоторые ограничения, такие как качество, долговечность и точность печатных конструкций. Для 3D-печати  требуются высокопроизводительные и надежные машины, материалы и программное обеспечение, которые не всегда доступны или дороги. 3D-печать должна соответствовать строительным нормам и стандартам, которые могут различаться в зависимости от страны или региона. 3D-печать в строительстве также сталкивается с некоторыми нетехническими проблемами, такими как недостаток осведомленности, знаний и навыков среди заинтересованных сторон. 3D-печать требует изменения мышления и культуры строительной отрасли, которая часто сопротивляется инновациям и новым технологиям. 3D-печать также сталкивается с некоторыми юридическими, этическими и социальными последствиями, такими как права интеллектуальной собственности, риски безопасности, а также влияние на рынок труда и местные сообщества. Чтобы преодолеть эти проблемы и способствовать развитию и внедрению 3D-печати в строительстве, необходимо проводить больше исследований и разработок, обеспечивать образовательный процесс, налаживать более тесное сотрудничество и общение, а также создавать правила и определять политику.

Среди впечатляющих проектов, реализованных или выполняемых за последнее время, — печать на 3D-принтере в Гейдельберге в Германии дата-центра с необычным дизайном (рис. 1, [4]. Компания Peri 3D Construction (Германия) за 140 часов возвела самое большое напечатанное здание в Европе (его площадь — 600 кв. м, высота — 9 м). В декабре 2023 года девелоперская компания Emaar Properties представила первую в Дубае виллу, напечатанную на 3D-принтере (рис. 2, [5]). В этом году в Китае обещают достроить 180‑метровую плотину ГЭС (рис. 3, [6]). При реализации с помощью 3D-принтера срок строительства составит всего два года, хотя обычно на подобные объекты требуется минимум 4–5 лет. Данная плотина будет самым высоким сооружением в мире, построенным с применением 3D-технологии.

Рис. 1. Дата-центр в Германии [4]

Рис. 2. Вилла в Дубае [5]

Рис. 3. Плотина в Китае [6]

В России также не отстают. В экопарке «Ясно поле» открыт первый российский отель, напечатанный на 3D-принтере. В ближайшее время будут построены еще пять домов самых разных форм, а всего запланировано тридцать. В селе Айша Зеленодольского района идут работы по возведению 34 домов с использованием 3D-принтера. В 2023 году «Татнефть» совместно с 3D4Art начали строительство общественно-­культурного центра «Мелля» в селе Мальбагуш. Его высота 9,8 метров, площадь более 1500 кв. м (рис. 4, [7]). Как особенности проекта можно также отметить: 3D-бетон с растительными компонентами, локализацию производства материалов, тестирование и сертификацию решений, доработку оборудования, 3D-печать несколькими принтерами. Кстати, рынок строительной 3D-печати не ограничивается только строительством зданий и сооружений, но и включает печать малых архитектурных форм, элементов зданий, декоративных элементов, предметов ландшафтного дизайна и др.

Рис. 4. Центр «Мелля» в селе Мальбагуш [7]

По данным Ассоциации развития аддитивных технологий [8], на сегодняшний день в России разработками собственных оригинальных моделей строительных 3D-принтеров занимаются такие компании, как «АМТ» (г. Ярославль), «Аркон Констракшн» (г. Москва), «Бум 3D принтер» (г. Москва), «Парк3D» (г. Выкса, Нижегородская обл.), «РВС‑3Д» (д. Подолино, Московская обл.), «Ренка» (г. Клин, Московская обл.) и «Смартбилд» (г. Ставрополь). Также можно добавить ООО «Лерто» (г. Петрозаводск), Printbuild (г. Санкт-­Петербург). В начале 2024 года на российском рынке строительной 3D-печати появился новый игрок — компания «Платинус» (г. Тюмень), специалисты которой отработали и ввели в эксплуатацию технологию по печати малых архитектурных форм. Среди первых ее заказов — новый тюменский ресторан в центре города CREMant.

На рынке предлагаются полевые модели, предназначенные для организации печати на строительной площадке, и цеховые модели для печати малых форм и элементов в помещении (рис. 5, [9]. Различают также принтеры с портальной системой позиционирования, с роботом-манипулятором, с кабельной подвесной системой (дельта-­принтер). Важными характеристиками 3D-принтеров являются допустимые объемы построения, скорость печати и размер печатного слоя, а также виды используемых материалов.

Рис. 5. Цеховой и полевой принтер компании «AMT» [10]

Долгое время движущей силой развития рынка строительных аддитивных технологий оставались именно компании–­производители оборудования [9]. Сейчас рынок вступил в новый этап, когда появились компании, оказывающие услуги по строительной 3D-печати (например, ранее упомянутая компания 3D4Art, г. Москва), специализированные инжиниринговые компании («3Д-Строй» (г. Казань), «3Д Стройдизайн» (г. Воронеж), «Хабаровск 3Д» (г. Хабаровск), производители специальных смесей («Фирма «Вефт», Королев). 

На рис. 6 представлена схема взаимодействия основных структур при организации масштабной 3D-застройки, представленная в презентации Р. В. Павленко, 3D4Art [11]. Также докладчик уделил большое внимание 

подготовке кадров, в частности операторов 3DCP (строительной 3D-печати). 3D4Art стала инициатором создания первого в России учебного центра 3D-печати с реальной проектной практикой.

Рис. 6. Взаимодействие структур при организации масштабной 3D-застройки [11]

Не могут оставить равнодушным впечатляющие кадры текстур 3D-печати и уникальных материалов, разработанных 3D4Art (рис. 7, [11]). Их использование открывает новые возможности для дизайнеров и архитекторов. 

Рис. 7. Примеры 3D-печатной поверхности , декоративного и светопропускающего бетона [11]

Важно также отметить, что первые строительные стандарты для аддитивного производства появились в России [9], среди них:

• «Материалы строительного производства. Термины и определения».

• «Материалы для аддитивного строительного производства. Технические требования».

• «Материалы аддитивного строительного производства. Методы испытаний».

• «Аддитивные технологии. Применение трехмерной печати (3D-печать) в строительстве. Общие требования».

• В настоящее время вносятся изменения ФАУ «ФЦС» к СП 70.13330.2012 «СНиП 3.03.01‑87 Несущие и ограждающие конструкции».

Разработка национальных стандартов продолжается.

Представленная в обзоре информация демонстрирует высокий потенциал строительной 3D-печати, показывает, что развитие российского рынка идет синхронно с зарубежным и уровень компетенций и наработок, достигнутый на текущий момент, уже впечатляет, а проблемы и сдерживающие факторы оценены и прорабатываются в рабочем порядке. Это дает основание полагать, что развитие этого инновационного направления будет успешно продолжаться и нас ждет знакомство с новыми уникальными проектами. ■

Обзор подготовила 

Татьяна Карпова

Использованные источники:

1. https://www.constructionplacements.com/construction-­technology/
2. https://www.researchandmarkets.com/reports/5939299/3d-printing-­building-construction-­global-market
3. https://prototechsolutions.com/blog/3d-printing-­construction-market-­growth-in‑2024/
4. https://3dnews.ru/1101419/publikatsiya‑1101419
5. https://3dprintingindustry.com/news/emaar-­unveils-first-ever‑3d-printed-­villa-in-dubai‑227516/
6. https://rg.ru/2024/01/06/v-etom-godu-s-pomoshchiu‑3d-printera-v-kitae-­zavershaetsia-stroitelstvo‑180‑metrovoj-­plotiny.html
7. https://www.tatar-inform.ru/
8. https://aatd.ru/news/tendentsii-­razvitiya‑3d-pechati-v-stroitelstve-v-rossii-i-v-mire/
9. https://www.kommersant.ru/doc/5734178
10. Презентация А.В. Маслова («AMT»), представленная на лидер-­форуме «Аддитивные технологии — новая реальность» в Казани в ноябре 2023 г., https://aatd.ru/
11. Презентация Р.В. Павленко (3D4Art), представленная на лидер-­форуме «Аддитивные технологии — новая реальность» в Казани в ноябре 2023 г., https://aatd.ru/

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 2-2024