Namo statyba 3D spausdintuvais: Ar tai ateitis?

Tobulėjant visuomenei, tobulėja ir statybos procesai. Vienas iš naujų galimų paprastesnių statybos būdų - pastatų ir konstrukcijų 3D spausdinimas.

Trimatis (3D) spausdinimas dar neseniai buvo tarsi žaidimas - pradėta nuo mažų detalių spausdinimo. Bet dabar ši technologija jau naudojama spausdinti beveik viskam, pradedant metalinėmis dalimis, baigiant namais. Statybų procesą keičiantis 3D spausdinimas leidžia statyti greičiau, tvirčiau bei efektyviau.

3D spausdintuvas - įvairių gaminių spausdinimui naudojamas jau keletą metų, tačiau statyboje paplitęs dar ne taip seniai, kadangi gaminių mastelis visai kitoks. Pats spausdinimo principas panašus tiek plastiko, tiek betono gaminiams.

Nesuklysime manydami, kad 3D spausdinamų namų statyba iš dalies atrodo kaip jau daugeliui pažįstamas 3D spausdinimas tik vietoje plastiko, silikono ar panašių medžiagų, naudojamos statybinės medžiagos.

„Viso namo, kaip įprastų 3D spausdintuvu spausdinamų gaminių, iškart atspausdinti tikrai nepavyks. Pasak doktorantės, spausdintuvas susidaro iš rėmo, po kuriuo telpa spausdinama konstrukcija, ir spausdinimo „galva“, kuri tiekia statybinę medžiagą - kompozitą.

„Taip spausdinama tikrai greičiau nei būtų statoma iš blokelių ar plytų. Jau dirbantys su šiais procesais kalba, kad gali 40 kv. m. erdvę atspausdinti per dieną“, - sako K.

Tačiau ne viskas taip paprasta kaip gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio: „Ką mes dažnai praleidžiame, tai yra tokia akivaizdi realybė, kad spausdiname sienas, bet tikriausiai suvokiame, kad nei pamatai, nei grindys, nei stogas nebus atspausdinti.“ - apie statybų sudėtingumo procesą primena K.

Technologijos ir medžiagos

Daug kas vis dar mano, kad tai, kas spausdinama 3D, yra sukurta iš pigaus plastiko. Tačiau 3D būdu kuriamų namų konstrukcijoms jau anksčiau pradėtas naudoti tvirtas betono mišinys, kurį po sluoksnį lieja milžiniški 3D spausdintuvai, suformuojantys viską, pradedant 3D namų pamatais ir sienomis. Iš esmės taip spausdinto namo konstrukcija gali būti grynas betonas.

Išsikeltas tikslas sukurti tokią statybinę medžiagą, kurią būtų galima naudoti 3D spausdinimui statyboje. Medžiaga turėtų būti tvirta, greitai stingstanti ir pigi.

Siekiant, kad medžiagos pagaminimo kaštai būtų kuo mažesni - gamybai naudojamos įvairios perdirbamos atliekos, smėlis - kurio Lietuvoje netrūksta. Kuriamos medžiagos tvirtumo visiškai pakanka vienaaukštei statybai.

Jei įprastinis betonas kietėti pradeda per valandą, ši sukurta medžiaga rišasi jau po 2-5 minučių. 3D spausdinimui skirto betono kaina nėra didesnė negu įprastinio betono, tai lemia perdirbimo atliekų panaudojimas gamyboje.

Tuo pačiu, atsižvelgiama ir į gamtos procesus, todėl kuriant betoną pritaikytą 3D spausdintuvui, didelis dėmesys skirtas tam, kad betonas būtų „draugiškas aplinkai“. Šiam tikslui pasiekti naudojama ceolitinė atlieka (naftos apdirbimo metu gaunama atlieka), kuri leidžia sumažinti betono gamybos metu išskiriamo CO2 kiekį.

„Yra įvairiausių būdų, kaip galima spausdinamą kompozitą pagreitintai kietinti, ypač kai yra spausdinama platesne juosta, kas leidžia statyti stabilesnę sieną.

Šalia naujų medžiagų, K. „Parinkinėjame įvairias medžiagas, ieškome efektyviausio būdo ne tik sumažinti kainą, panaudoti daugiau medžiagų iš atliekų, bet siekiame išgauti ir teigiamų savybių, kurios padėtų mažinti CO2.

Neseniai sukurta pirmoji 3D spausdinta konstrukcija iš visiškai natūralios, perdirbamos ir anglies dvideginio požiūriu neutralios medžiagos - natūralaus molžemio.

Pavyzdžiui, Belgijos bendrovė „Kamp C“ sukūrė didžiausią pasaulyje 3D spausdintuvą dviejų aukštų namui pastatyti, kurio matmenys yra stulbinami - 9,75 metro.

Naudojant 3D spausdinimo technologiją, Pietų Kalifornijoje (JAV) statomas visas namų kvartalas „Rancho Mirage“.

Šį projektą plėtojanti Kalifornijos įmonė „Mighty Buildings“ sukūrė patentuotą 3D spausdinimo technologiją ir specialią naują medžiagą LSM. Šis slaptas spausdinimo proceso ingredientas yra patentuota sintetinė termoreaktyvaus kompozito medžiaga, vadinama „Light Stone Material“ (liet. lengvojo akmens medžiaga), kuri sukietėja veikiama UV spindulių.

Naujoji medžiaga ir technologija leidžia įmonei maždaug per 24 valandas 3D spausdintuvu išspausdinti didžiąją dalį 100 kv. m namo konstrukcijos. Namo plotas gali siekti ir 200 kv. Iš anksto išspausdinti sienų skydai pristatomi į statybų aikštelę ir namai surenkami vietoje, skydus pritvirtinant prie plieninių karkaso rėmų. Tereikia konstrukcijas sumontuoti ant pamatų ir įrengti komunikacijas. Apdailos darbai atliekami statybos vietoje.

Kolumbijos universiteto mokslininkai sukūrė medienos granulių, skirtų 3D spausdinimui, gamybos metodą. Pagamintose granulėse pavyko atkurti medieną iki smulkiausių vidinio grūdėtumo detalių.

Šanchajaus kompanija „WinSun Decoration Design Engineering Co.“ paskelbė pradėjusi gaminti namus, naudodama 6,6 metrų aukščio, 10 metrų pločio ir 150 metrų ilgio trimatį spaudintuvą.

Pietų Kalifornijos universiteto profesoriaus Behrokho Khoshneviso sukurtas 3D spausdintuvas veikia su ant platformos esančiu antgaliu, kuris dozuoja betoną ir namus stato remdamasis kompiuterio modeliu.

SQ4D kompanija sukūrė autonominę robotizuotą statybų sistemą - didelį 3D spausdintuvą, kuris iš betono spausdina namus. Toks statybų būdas yra pigesnis ir greitesnis nei įprastos statybos.

Paprastai tariant, spausdintuvas po truputį lieja betoną ir leidžia jam sustingti. Taip vienu metu gali būti atspausdintos vidinės ir išorinės pastato sienos. Procesui prižiūrėti reikalingi žmonės, tačiau jų skaičius yra gerokai mažesnis nei įprastoje statybų aikštelėje. Aišku, spausdintuvui užbaigus darbą žmonėms tenka pasirūpinti apdaila, elektros instaliacija, vandentiekiu, stogu, aplinka ir taip toliau.

Betono 3D spausdinimo technologija namų statyboje anksčiau ir dabar39-aisiais betonas buvo liejamas ratu, ant centrinės ašies pritvirtinta liejimo sistema, kurią pildo žmogus nešiodamas kibirus medžiagos, sistema judėjo ratu ir po truputėlį kilo aukštyn. Štai ir visas “spausdinimo” stebuklas.

Šiuo metu 3D spausdinimas vyksta bent 3-is ašimis, įranga pajėgi judėti jūsų pasirinktomis kryptimis, ne tik ratu. Tiekimas yra automatinis.

Dažniausiai sėkmingos betono 3D spausdinimu užsiimančios įmonės yra sukūrusios savo spausdintuvus, todėl naujiems žaidėjams rinkoje kelias technologijų prasme jau nutiestas.

Privalumai ir trūkumai

Pagrindiniai 3D spausdinimo technologijų taikymo statybose privalumai - statybų greitis ir žmogaus darbo jėgos sutaupymas.

Derinant pramoninę gamybą, 3D spausdinimą ir skydines konstrukcijas, palyginti su tradiciniais statybos metodais, apie 99 % sumažėja atliekų ir kelis kartus sutrumpėja statybų terminai.

3D pastatų spausdinimas - tai galimybė greitai pastatyti tiek pavienius pastatus, tiek visą gyvenamąjį kvartalą. Todėl šiai technologijai įgyvendinti greitai kietėjantis betonas yra būtina statybinė medžiaga.

Statyba - viena iš tų darbo sričių, kurioje patiriama daugiausia traumų, kurios gali būti net mirtinos, todėl yra svarbu užtikrinti darbo saugą statybose. Todėl statybose keičiant žmogaus darbo jėgą į robotizuotą statybą būtų išvengta ne tik gamybos klaidų bet ir nelaimingų atsitikimų.

Statyba vykstanti 3D spausdintuvu gali turėti didžiulį pastatų asortimentą. Kompiuterio darbas nėra apibrėžtas keletui šablonų. Projektus kuria architektai, o spausdintuvą galima suprogramuoti pagal projekto reikalavimus.

Taip pat 3D spausdintuvą galima integruoti į gamyklų darbą, kas leistų atitinkamas statybines konstrukcijas atspausdinti gamykloje ir jas surinkti jau statybų aikštelėje.

K. K. Butkutė pritaria, kad vienas iš didžiausių 3D spausdinimo technologija statomų namų pliusų galėtų būti tvarumas. Be to, pasak pašnekovės, tinkamai parinkus statybinį kompozitą, net ir papildomų medžiagų, pavyzdžiui, skirtų termoizoliacijai, gali reikėti mažiau, kas taip pat sumažintų neigiamą poveikį aplinkai: „Sienos konstrukcija gali pasitarnauti įvairių termoizoliacinių medžiagų naudojimui, nes sieną atspausdinus su tarpu, jį galima užpildyti termoizoliacine medžiaga.

„Atliekame bandymus, tikriname, kokiu kompozitu geriau spausdinti, ar mišiniu, kuriame yra pjuvenų, pirolizuotos anglies, ar, pavyzdžiui, pelenų, šlako, kuris kompozitas atsparesnis šalčiui ir ilgaamžiškesnis, nes jeigu dabar atspausdinsime namą, nereiškia, kad jis išlaikys pradines savybes ir, sakykime, padės palaikyti tokią pat temperatūrą po 10 metų.“, - sako K.

Doktorantė priduria, kad klimatui keičiantis darosi svarbus ir medžiagos gebėjimas atlaikyti radikalesnius pokyčius: „Lietuvoje, žinoma, aktualiau, kad namo sienos atlaikytų lietų, sniegą ir kitokius klimato reiškinius, pavyzdžiui didesnį šaltį. Tačiau pastaruoju metu pietinėse zonose darosi aktualu apsaugoti namus ir nuo gaisro.

„Tą padaryti tikrai įmanoma, tačiau viskas priklauso nuo turimos technologijos ir kainos.

Tad mažėjantis darbuotojų skaičius nebūtinai reiškia mažesnes investicijas: „Vietoje 5-6 žmonių statančių namą dabar, gali reikėti 2-3, tačiau jie turi gebėti naudotis kompiuterine įranga, sumontuoti karkasą spausdintuvui, suprogramuoti spausdintuvo judėjimo schemą. Tad čia išauga ir atlyginimai“, - sako K.

Tačiau namų 3D spausdinimas nėra ribotas tik technologijos ar medžiagų, visame procese yra daugiau sudedamųjų, kurios trukdo be vargo užsiimti šia veikla.

3 Esminiai trikdžiai 3D spausdinti namus:

• Įsišaknijusi statybos industrija ir jai reikalingi pokyčiai;
• Pirminės investicijos, kurių grąža numatoma tik statant didesnius kiekius namų;
• Sertifikavimas - skirtingi procesai skirtingose šalyse.

Papildomai bendraujant su viena įmone turinčia betono 3D spausdintuvą, išgirdau dar vieną trikdį: “sudėtingas procesas tuomet, kai operatoriui reikia daug papildomų žinių ne tik statybų srityje”.

3D spausdinimas Lietuvoje ir pasaulyje

Nors technologija vystosi ir 3D spausdintuvu atspausdintų namų pasaulyje jau yra, Lietuvoje šis metodas dar neprigijo. K. „Daugiausia tokių namų jau yra Jungtinėse Amerikos Valstijose, Teksase yra atspausdinti ištisi kvartalai. COBOD, PERI ir kitos įmonės spausdina didesnes konstrukcijas ir Europoje.“, - pasakoja K.

JAV parduodamas pirmasis SQ4D komercinis projektas - 130 kvadratinių metrų namas su trimis miegamaisiais, 2 vonios kambariais ir atskiru dideliu dviejų vietų garažu (vadinamas 2,5 automobilių garažas). Tai - visiškai naujas namas, kuriame dar niekas negyveno. Jis pasižymi paprastu šiuolaikišku dizainu. Ir jis kainuoja 300 tūkstančių dolerių (apie 250 tūkstančių eurų).

Dubajuje jau penkerius metus stovintis „Ateities biuras“ yra pirmasis 3D spausdintas biurų pastatas. Didžioji jo dalis buvo išspausdinta 3D spausdintuvu, kuris per 17 dienų iš cemento mišinio nuliejo pagrindinę konstrukciją. Išspausdintame vieno aukšto, 250 kv. m ploto statinyje yra keli darbo kambariai ir vonios kambarys. Įgyvendinti projektą 2016 m. užtruko maždaug šešis mėnesius ir manoma, kad jis kainavo perpus mažiau nei statytas tradiciniu būdu.

Nors 3D spausdintuvų naudojimas namų statyboje dar tik žengia pirmuosius žingsnius, KTU Statybos ir architektūros fakulteto (SAF) docentas Vitoldas Vaitkevičius įsitikinęs - „atspausdintuose“ namuose normaliai gyventi galėsime jau artimiausioje ateityje.

Specialistų teigimu, naudojant 3D technologiją, galima per kelias dienas ar savaites pastatyti namą ar ištisą namų kvartalą su į kiekvieną pastatą įvestais elektros, vandentiekio ir oro kondicionavimo vamzdynais.

Nors daugeliui tai vis dar skamba kaip iš fantastikos srities, realūs pastatai jau yra „atspausdinti“ Kinijoje, Nyderlanduose.

Ypatingai didelio stiprio betono struktūros, technologijos ir žaliavų tyrimais užsiimantis KTU docentas pasakojo, kad pastato statybos be statybininkų idėja kilo žmonėms pakilus į kosmosą - tokiu būdu norėta kolonizuoti planetas.

Pasaulyje atspausdintus pastatus jau galima skaičiuoti ne vienetais, o dešimtimis, bet tai labiau ne komerciniai, o bandomieji projektai. Šie pastatai atsirado siekiant išbandyti technologiją bei patikrinti, kaip tokiuose namuose jaučiasi žmonės.

Jei Lietuvoje šiuo metu kažkas, ar fizinis asmuo, ar nekilnojamojo turto vystytojas, ar organizacija, panorėtų pasistatyti 3D spausdintą namą, tai būtų išties sudėtinga, o greičiausiai ir neįmanoma.

Pastačius statinį be statybos leidimo, galėtų užvirti teisminiai procesai, kurie galiausiai baigtųsi nugriovimu. O esminis dokumentas, leidžiantis statybas, negali būti išduotas todėl, kad 3D spausdinimas iki šiol nėra įteisintas jokiuose Lietuvos teisės aktuose. Nėra teisinės bazės, nėra ir specialistų patirties.

KTU mokslininkas dalijasi gera naujiena visiems 3D spausdinimo statybų entuziastams: Tarptautinė statybos medžiagų, sistemų bei konstrukcijų laboratorijų ir ekspertų asociacija RILEM prieš keletą savaičių pateikė pirmines standartų užuomazgas. Devyni dokumentai apibrėš, kaip turėtų būti bandomos tokios pastato savybės kaip stiprumas, ilgaamžiškumas ir kitos.

V. Vaitkevičius svarsto, kad teisinės bazės nebuvimas ir yra pati didžiausia kliūtis iniciatyvoms.

Kaip vyksta procesas? Milžiniškas robotas, pagal nurodytą kompiuterinį modelį, dozatoriumi purškia specialios sudėties betoną. Statybinės medžiagos sudėtis, kaip ir pati 3D spausdintuvo technologija, yra labai slepiama, nes turi pasižymėti ypatingomis savybėmis - būti nebrangi, tvirta, lengva, labai greitai - per kelias minutes - sukietėti, kad ant jos būtų galima purkšti kitą sluoksnį.

Architektas iš Olandijos planuoja pasitelkti 3D spausdinimą ir kurti su Žemės kraštovaizdžiu derančius pastatus. Kaip pasistatyti savo svajonių namą? Suprojektuokite jį patys arba padedami architekto, o galutinį CAD failą pasiųskite į specialų 3D spausdintuvą, kuris atliks reikiamus statybos darbus.

3D namo spausdinimo schema

TECLA projektas

Projekto pavadinimas - TECLA. Jo sumanytojų iniciatyva Bolonijoje (Italijoje) iškilo keli kupolo pavidalo futuristinio stiliaus gyvenamieji būstai. Dėl neįprastos pastatų formos ir unikalaus interjero dizaino TECLA savaime kelia susidomėjimą.

Įmonės „Mario Cucinella Architects“ architektų suprojektuotų statinių konstrukcijos - tai 3D spausdintuvais kuriami vienas ant kito dengiami sluoksniai, suformuoti iš natūralių vietinių medžiagų. Inovatyvios technologijos pritaikymo rezultatas - jokių atliekų nesukurianti gamyba, mat visas panaudotas statybines medžiagas labai lengva perdirbti.

Tai taip pat pirmas kartas, kai statybos aikštelėje buvo panaudota keletas 3D spausdintuvų. Realizuotą dizainą ir inovatyvų statybos procesą dera laikyti rimtu pasiūlymu, kaip spręsti viso pasaulio architektams šiuo metu aktualias problemas.

Architektas Mario Cucinella teigia: „Užbaigtos statybos taps svarbia gaire - įrodymu, kad specifinis dizainas ir technologijos leido TECLA paversti realybe, ne vien teorine idėja. Tai gali būti reikšmingas pavyzdys, kaip spręsti šiandienos ir ateities problemas“.

Prie darbų prisidėjusi organizacija WASP sukūrė „ekonomišką kūrėjo darbo pradžios rinkinį“, kuriuo naudojantis galima pakartoti šią darnaus projektavimo akciją - gal net kur kas platesniu mastu - galbūt net ištisą miestą galima sukurti iš tokio tipo statinių. TECLA statybos darbus numatyta užbaigti 2021-ųjų pavasarį.

Akivaizdu, kad kūrėjai nusiteikę dalytis patirtimi.

Gyvename tokiu laiku, kada vyksta dar viena inovacija, kuri tikrai pakeis architektūrą, kaip mes ją suvokiame ir kur gyvensime ateityje. Taip „Žinių radijo“ laidoje „Reikia architekto“ sakė architektas Povilas Čepaitis.

Svajonių namai daug kam dar sunkiai pasiekiami dėl milžiniškų nekilnojamo turto kainų ir brangių paskolų.

3D spausdinti skydiniai namai ilgainiui pakeis lentų ir plytų konstrukcijas.

tags: #namo #statyba #su #printeriais #3d