«Свобода формы с массовой кастомизацией»: технические проблемы 3D-печати

Просматривая тег 3D-печати на ArchDaily, становится ясно, что эта технология развивается невероятно быстрыми темпами. Если в первые годы мы рассматривали эту концепцию как отдаленную возможность будущего или на небольших примерах, то в последние годы мы наблюдали создание целых печатных зданий и все более сложных томов. Изготовление, разработанное путем чтения компьютерного файла, осуществляется путем аддитивного производства из бетона или других строительных материалов и представляет многочисленные трудности в обеспечении эффективного процесса, который позволит этой строительной технологии получить широкое распространение. Например, павильон, напечатанный консорциумом Huizenprinters, хорошо иллюстрирует этот процесс.

Процесс начался в 2018 году с первых испытаний бетона для разработки роботизированного аддитивного производства. По словам команды, «в то время у них еще было мало знаний о робототехнике и смеси материалов, которые могли складываться штабелями всего на 30 см в высоту, прежде чем рухнуть». В консорциум входят строительная компания Heilijgers BV, поставщик бетона Van der Kamp BV, специалисты по инновациям Blueways и творческое инновационное сообщество De WAR. В дополнение к уже упомянутым компаниям Jelle Feringa и Summum Engineering также участвовали в проекте, обеспечив структурное проектирование, параметрическое моделирование и инжиниринг.

Новые формы производства требуют нового образа мышления.

Поскольку основной целью проекта было обучение, было решено, что все полученные знания будут опубликованы с целью внести вклад в дальнейшие исследования и подобные инициативы. Группа решила поделиться тем, что они узнали, посредством ряда мероприятий по обмену знаниями и веб-сайта, на котором они опубликовали свои выводы. Эта информация была опубликована по принципу авторского лева, в отличие от традиционного авторского права. «Обмен информацией имеет решающее значение для ускорения инноваций. Изобретение, возможно, является не чем иным, как объединением существующих идей новым способом, и какой лучший способ собрать идеи, чем открытое сообщество. В этом проекте мы работаем по принципу Creative Commons 4.0: делитесь и делитесь одинаково». сказал Хармен Зиджп из De WAR.

Как и следовало ожидать в любом процессе прототипирования, возникло несколько проблем, которые пришлось исправлять в ходе проекта. Такие проблемы, как колебания температуры в цехе или невозможность печати слишком больших деталей, привели к ряду инноваций в этом процессе. Как описано в пресс-релизе проекта:

«За этим последовало несколько лет разработки технологии и обновления стратегий проектирования и производства. Многие итерации машин и программного обеспечения привели к разработке процесса значительного ускорения затвердевания бетона. Путем добавления ускорителя в печатающую головку бетонная смесь устанавливается за считанные минуты, что позволяет создавать очень сложные конструкции.

Печать крыши оказалась самой большой проблемой. Прорыв произошел благодаря сегментации всей структуры на 8 частей. Хотя теоретически это решило проблему, на практике это привело к чрезвычайно сложной геометрии для печати. Длинные и тонкие отпечатки увеличивали риск растрескивания при усадке, который можно было снизить за счет корректировки состава смеси, использования отвердителя и покрытия отпечатков после завершения. Двойная кривизна привела к возможности коробления; была введена ребристая структура. Разница по высоте от одного конца до другого очень большая (80%); возникший в результате уклон затруднил транспортировку. Кроме того, форма означала, что требовалась стратегия неплоской печати с соответствующей ориентацией печатающей головки. Короче говоря, решение одной крупной проблемы породило ряд новых задач, и все они решались систематически».

Бетонные конструкции, напечатанные в 3D, не требуют опалубки, что само по себе еще больше снижает расход материалов, поскольку опалубка, как правило, имеет короткий срок службы. Другая проблема заключается в том, что детали, напечатанные на 3D-принтере, действуют только за счет сжатия, что устраняет необходимость включения стали в конструкцию. Помимо того, что это потенциально дешевле и с меньшим выбросом углекислого газа, это значительно упрощает переработку бетона в случае сноса. Ожидается, что в будущем печать будет включать в себя переработанные бетонные заполнители.