Напечатанные дома на 3d принтере: как их строят и почему им пророчат большое будущее? 7 реальных домов, в которых уже живут
Строительная 3D-печать в ожидании прорыва / Хабр
Технология 3D-печати зародилась еще в 80-х годах 20-го века, а вот строительная 3D-печать появилась гораздо позже. Первые строительные проекты с использованием этой технологии появились только в 2014 году. Речь идет, прежде всего, о так называемых малых архитектурных формах (скамейки, клумбы, заборы). О постройке домов еще и не мечтали. Но уже в 2015 году российский стартап Apis Cor произвел фурор — напечатал целый дом в Подмосковье. С тех пор периодически появляются новости о новых 3D-печатных домах. Однако несмотря на то, что технология показала себя очень перспективной с точки зрения скорости возведения жилья и снижения стоимости строительства, никакого массового внедрения не последовало.
Строительство – это мировой рынок номер один. И, если в сфере многоэтажного строительства внедряется много технологических инноваций, то в сфере малоэтажного мало что изменилось за последние десятилетия. За последние 30 лет появился доступный интернет, мобильные телефоны, мобильный интернет, робототехника поднялась на новый уровень и т.
д., но, попав на стройку дома, вы вряд ли обнаружите много технологических новинок. Автоматизация практически отсутствует, а ручной труд превалирует. 2020 год стал испытанием на прочность для всего мира, а также привел к высочайшему уровню инфляции, которая, в первую очередь, ударила по строительному рынку, произошло драматическое изменение цен на металлы, цемент, древесину и многое другое.
Этот интернет-мем наглядно показывает, что произошло со стоимостью стройматериалов всего лишь за год. И процесс еще идет. Одновременно происходит серьезное удорожание стоимости рабочей силы, и наблюдается ее острый дефицит. Все это приводит к резкому удорожанию стоимости строительства домов. Как бы странно не звучало, но статистика показывает, что рост автоматизации происходит не тогда, когда всё хорошо, а именно в кризисных ситуациях, во время обострения конкуренции, снижении спроса и необходимости срочно искать новые технологии для повышения эффективности производства. Так случилось и в этот раз, и после некоторого прозябания строительная 3D-печать получила новый импульс развития.
Готовясь к написанию статьи, я обратился к основателю компании Arkon — Борису Козлову. Компания Arkon была создана в 2020 году и занимается производством строительных 3D-принтеров, причем как цехового типа для создания префабов (сборных домов), так и портального, способного напечатать двухэтажный дом. Я задал Борису ключевой, на мой взгляд, вопрос:
— Строительная 3D-печать возникла в 2014 году, но за 7-8 лет не последовало никакого массового внедрения этой технологии. Как Вы считаете, почему это произошло, и почему именно сейчас наблюдается всплеск новых проектов?
— Мне кажется, что причина в эффекте «снежного кома». Технология должна была созреть, дорасти от гипотезы до пилотного внедрения и, наконец, до начала коммерциализации и масштабирования (то, что происходит сейчас). Кроме того, надо учитывать, что строительство — одна из самых консервативных отраслей промышленности, где, в отличие даже от авиации и автопрома, до сих пор крайне низкое внедрение цифровых решений и автоматизации в области именно процесса производства — самой стройки.
Немаловажную роль играет и вопрос нормирования и сертификации — этот процесс долгий и создает дополнительный лаг.
В 2014 – 2016 гг. появились первые образцы строительных 3D-принтеров и прототипы напечатанных зданий. Проверялись концепции различных форм-факторов строительных 3D-принтеров и типов материалов печати.
В 2017 – 2018 гг. в мире были осуществлены первые заметные инвестиции в ряд стартапов по строительной 3D-печати. Далее, к 2020 г. эти инвестиции «прокрутились» в виде достижения определенного уровня зрелости технологии — появились первые коммерческие продукты (3D-принтеры и дома).
Наконец, в 2020 – 2022 гг. стало понятно, что гипотезы эффективности строительной 3D-печати оправдываются (дешевле, быстрее, экологичнее), и в отрасль начались крупные вложения. Яркий пример: инвестиция GE (французское подразделение General Electric) в датский COBOD или достижение капитализации в $2 млрд американской компанией ICON.
В 2022 – 2023 гг.
Таким образом, считаю, что указанный временной период — достаточно естественный цикл становления технологии, которую, вероятно, ждет экспоненциальный рост в ближайшее десятилетие.
Немаловажную роль играет и вопрос нормирования и сертификации — этот процесс долгий и создает дополнительный лаг. 
в мире будет напечатано уже свыше 1000 зданий, происходит масштабирование от отдельных зданий/пилотных проектов до целых поселков и крупных внедрений в области инфраструктуры / ЖБИ. Кроме того, в ряде стран к настоящему моменту создана или активно создается нормативная база для внедрения аддитивных технологий в строительную отрасль. По данным отчета ResearchAndMarket, мировой рынок строительной 3D-печати в 2022 году оценивается в 354.3 млн долларов США, и, по прогнозам, достигнет 11068.1 млн долларов США к 2027 году, увеличившись на 99,04%.
Различные рыночные процессы влияют на цены и поведение участников глобального рынка строительной 3D-печати. Они создают ценовые сигналы, которые являются результатом изменений в кривых спроса и предложения на продукт или услугу.
Они могут быть связаны как с макроэкономическими, так и с микроэкономическими факторами. Даже человеческие эмоции также могут определять решения, влиять на рынок и создавать ценовые сигналы.
Теперь давайте вкратце рассмотрим, что же собой представляет строительный 3D-принтер. Не углубляясь сильно в технологию, можно сказать, что строительные 3D-принтеры очень похожи на классические FDM/FFF принтеры, печатающие пластиком, только вместо пластика в качестве материала здесь выступает цементная смесь, которая подается напрямую в сопло и формирует объект путем послойного наложения. Принтеры также бывают портальными, на базе вылетной стрелы, с роборукой.
На рисунке слева строительной принтер на базе вылетной стрелы. На рисунке справа портальный строительный 3D-принтер
На рисунке выше строительный 3D-принтер в виде роборуки, установленной на мобильную платформу.
Окончательно все изменилось, когда летом 2021 года американская компания ICON, пытавшаяся внедрить 3D-печать в строительство разных вспомогательных объектов, подписала контракт с одним из крупнейших американских девелоперов – компанией Lennar, на строительство поселка на 100 домов в Техасе и тут же стала единорогом, получив 200 млн.
долларов инвестиций от нескольких инвестиционных фондов.
Одновременно с этим, датская компания COBOD, созданная крупнейшим в мире концерном по производству строительной опалубки PERRI, начала продавать свои портальные строительные 3D-принтеры, а также участвовать в строительных проектах по всему миру. На фото ниже современный двухэтажный дом, построенный в Германии и здание школы в Малави, построенной за рекордные сроки с минимальным бюджетом.
Мало что объединяет развитые, развивающиеся и бедные страны, везде свои проблемы и задачи, но нехватка доступного жилья является общемировой повесткой. Если в бедных странах остро стоит вопрос с ростом количества бездомных из-за нехватки жилья, как такового, то в развивающихся странах необходимо резко ускорить количество возводимого нового жилья для удовлетворения потребностей растущего населения. В развитых же странах проблема, прежде всего, в стоимости жилья, которое подорожало до такой степени, что стало практически недоступным для молодежи.
А с одновременным увеличением в этих странах продолжительности жизни эта проблема только усугубляется.
Параллельно развивается тренд на «зеленую повестку», снижение выбросов CO2, строительство из более экологичных материалов и т.д. Но, к сожалению, пока что строительная отрасль является абсолютным лидером по выбросам CO2, а также по количеству мусора, который оставляет после себя каждая стройка. Нельзя сказать, что строительная 3D-печать решает все эти проблемы, но, как минимум, она идет в правильном направлении. Давайте посмотрим на это на нескольких наглядных примерах.
Стены, напечатанные строительным 3D-принтером.На сегодняшний день, когда мы говорим о 3D-печати домов, речь идет о печати стен. Все остальное (фундамент, окна, двери, перекрытия и крыша) делаются традиционным способом. 3D-печатные стены возводятся как несъемная опалубка, что существенно экономит количество используемого цемента, а это, в свою очередь, снижает стоимость постройки и уменьшает экологический ущерб при производстве цемента.
Кроме того, при этом способе возведения не производится никаких дополнительных отходов, прочность конструкции не страдает. Ее можно армировать, как это показано на фото слева, и сразу закладывать инженерные коммуникации, как показано на фото справа, что также влияет на конечную скорость возведения объекта. Общий вес конструкции при этом снижается, оставшиеся полости можно заполнять легким пенобетоном, утеплителем, соломой или любым другим доступным материалом. Такая облегченная конструкция может использовать более легкий фундамент. Сам способ возведения является более экономичным с точки зрения материала, а следовательно, и экологичным.
Сейчас активно ведутся разработки экобетона с добавлением полимеров, при производстве которого выбросы CO2 меньше от 30% до 100%. Упоминаемая в начале статьи компания Apis Cor, строившая в 2015 году дом в Подмосковье, ныне базирующаяся в жаркой Флориде, планирует начать использовать этот материал в своих проектах.
Еще один стартап, родом из России, – Mighty Buildings со штаб-квартирой в Калифорнии, изначально сделал ставку на полимер с добавлением минеральной крошки.
И, хотя компания не строит дома целиком, а делает только стеновые панели, она получила множество наград за дизайн, а также оценку в 400 миллионов долларов в ходе привлечения нескольких инвестиционных раундов.
В итоге, при грубом подсчете можно сказать, что суммарная экономия на строительстве стен может достигать 30%, а общая стоимость дома может быть снижена на 10%. Это справедливо для спроектированных под обычное строительство домов. А если изначально проектировать с 3D-печатью, можно улучшить это соотношение за счет оптимизации прокладки коммуникаций, возможности сразу печатать внутренние стены, закладки ниш для ванных, каминов, встроенных шкафов и кухни, как это было сделано в доме, построенным COBOD в Германии.
«И на солнце есть пятна». Несмотря на все преимущества строительной 3D-печати, у нее есть несколько существенных недостатков. Главный — это слоистость, избежать которой при текущем уровне развития технологии невозможно.
На фото выше видна слоистость 3D-печатных стен.
С этой задачей можно работать в нескольких направлениях:
Ребристые стены можно шпаклевать, красить и обыгрывать как элемент дизайна. Так делает ICON в США., например их последний проект House Zero сделан именно так и он был отмечен рядом наград за дизайн.
Использовать специальные «шторки» на печатной голове, которые позволяют сглаживать слои, как это делают COBOD и другие производители. На фото ниже видно, что и это не обеспечивает полного отсутствия слоистости.
Полностью зашлифовать поверхность, чтобы получить привычную гладкую стену под шпаклевку, покраску, поклейку обоев или другую отделку. Это возможно, но потребует огромных трудозатрат, которые могут снизить общую эффективность от использования 3D-печати.
На фото выше стена после 3D-печати, отшлифованная до гладкости.
Второй проблемой является необходимый температурный режим.
В идеале печать должна проходить при температуре от +5С° до +30С°. Влажность также важна. Используя присадки, можно раздвигать эти границы, но не до бесконечности. При сильных минусовых температурах печать будет возможна в полевых условиях, только если стройплощадка будет закрыта куполом и внутри будет достигнута необходимая температура с помощью тепловых пушек. В условиях же сильной жары предпочтительно печатать ночью. Еще одним решением может быть печать стеновых панелей в цеху и их сборка на месте строительства. Безусловно, каждое из этих решений будет отрицательно влиять на экономическую эффективность проекта.
Строительная 3D-печать может пригодиться не только для возведения домов. С ее помощью можно решить много других задач, и там ее минусы не будут иметь значения. Например, американский концерн GE использует принтеры COBOD для строительства опор для ветряных генераторов в цеху. Ребристость поверхности и температурные ограничения в данном случае не играют никакой роли.
Строительство идет в цеху, после чего объект перевозится на место установки.
Строительная 3D-печать, или, как ее еще называют, аддитивное строительство, только появилась на свет, и хочется верить в ее светлое будущее. К этому есть много предпосылок, но для успеха многое еще нужно сделать. В первую очередь, нужно разработать принципы проектирования домов для строительной 3D-печати. Затем необходимо привлечь топовых архитекторов для создания знаковых проектов, за которыми может последовать массовое внедрение новой и очень перспективной технологии. Строительная 3D-печать может помочь в решении глобальной проблемы нехватки жилья, а также привнести большую долю автоматизацию в другие сферы строительства.
Александр Корнвейц
Эксперт в области аддитивных технологий и 3D-печати, руководитель компании “Цветной мир”
ТОП-5 домов, напечатанных на 3D-принтере
org/BreadcrumbList»>ТОП-5 домов, напечатанных на 3D-принтере
Новые технологии все глубже проникают в архитектуру и дизайн — сейчас дома с необходимым внутренним наполнением и даже декором можно напечатать на 3D-принтере!
Мы подготовили для вас подборку с самыми интересными и впечатляющими проектами с области печати зданий.
Самый первый
На это звание претендовали многие проекты и крупные компании, но планы так и оставались планами. Первому воплотить свои идеи в жизнь и показать их миру удалось простому жителю США, мужчине с русскими корнями — Андрею Руденко. Он сам сконструировал 3D-принтер подходящих размеров и прямо на заднем дворе напечатал замок с арками и башенками. Конечно, это не настоящий дом, а всего лишь беседка, однако выглядит она более чем впечатляюще. В качестве основного материала 3D-архитектор использовал самый обычный бетон.
Самый стильный
Этот проект создан для участия в европейском конкурсе «Europan» голландским архитектором Джанджапом Руджсснарсом (Janjaap Ruijssenaars). Его реализация запланирована на ближайшее время. Landscape House представляет из себя двойную ленту Мебиуса и воплощает идею дома-ландшафта — пространства без границ. В связи с тем, что нагрузка на конструкцию будет колоссальной, 3D-принтер решено использовать только для печатания каркаса, который в дальнейшем заполнят армированным бетоном.
Самый компактный
Минималистичный дом, который можно всегда брать с собой в путешествие, спроектировали и реализовали студенты университета Хаддерсфилда. Этот миниатюрный домик с окном-иллюминатором располагает всем необходимым для кратковременного проживания и может быть напечатан на 3D-принтере со всей внутренней комплектацией.
Самый ожидаемый
Именно этот дом называют первым в мире полностью напечатанным на 3D-принтере! Только вот его никак не закончат. Говорят, стройплощадку в Амстердаме успел посетить даже Барак Обама, но, увы, на скорости строительства это никак не отразилось. За три недели беспрестанной работы удалось напечатать только небольшой трёхметровый угловой элемент. Отдельная радость — стройплощадка открыта для посещения, а значит, особенно любопытные могут отслеживать каждый шаг строительства и могут раньше всех увидеть очертания самого долгожданного проекта.
Самый близкий
Этот проект, выполненный группой компаний «АМТ-СПЕЦАВИА», реализован в Ярославской области и считается первым построенным жилым домом в Европе и СНГ. Коробка здания была отпечатана на небольшом 3D-принтере и собиралась по частям как конструктор на уже подготовленном фундаменте. Летом 2017 года завершилось устройство крыши и выполнился основной объем внутренних отделочных работ. Сейчас дом подключен ко всем инженерным коммуникациям и готов к заселению.
Назад Следующая статья
Ваше имя
Ваш телефон
Это поле обязательно для заполнения
Необходимо ваше согласие на обработку персональных данных
Нажимая на кнопку, Вы даете согласие на обработку персональных данных
Загляните внутрь только крупного 3D-печатного жилого комплекса в США
- Недалеко от Остина, штат Техас, массивные машины выдавливают 100 домов с тремя и четырьмя спальнями. Это первый крупный жилой комплекс, напечатанный на 3D-принтере на месте.
- Леннар, один из крупнейших строительных компаний страны, сотрудничает с ICON, компанией, занимающейся 3D-печатью, для разработки проекта.
- «Перспектива роботизированного строительства — это обещание автоматизации, сокращения труда и, следовательно, снижения затрат на рабочую силу», — сказал соучредитель ICON Джейсон Баллард.
Это первый крупный жилой комплекс, напечатанный на 3D-принтере на месте.посмотреть сейчас
Это больше похоже на проект НАСА, чем на строительную площадку.
Недалеко от Остина, штат Техас, массивные машины выдавливают 100 домов с тремя и четырьмя спальнями в первом крупном жилом комплексе, который будет напечатан на 3D-принтере на месте.
Леннар, один из крупнейших в стране строительных компаний, сотрудничает с ICON, компанией, занимающейся 3D-печатью, для разработки проекта. Леннар был одним из первых инвесторов ICON, которая напечатала около дюжины домов в Техасе и Мексике. Эти дома поступят в продажу в 2023 году по цене от 400 000 долларов.
«Это первые 100 домов, но мы ожидаем, что сможем масштабировать их, и в масштабе мы действительно сокращаем время цикла, а также снижаем стоимость», — сказал Стюарт Миллер, исполнительный председатель Lennar.
ICON утверждает, что может построить всю стеновую систему дома, включая механическую, электрическую и водопроводную, в два-три раза быстрее, чем традиционный дом, и до 30% стоимости.
Читать далее охват недвижимости
«Мы превышаем требования норм для всех видов прочности, ветра, прочности на сжатие примерно в 4 раза. Мы примерно в два с половиной раза более энергоэффективны», — сказал Джейсон Баллард, соучредитель и генеральный директор ICON.
Принтеры рассчитаны на круглосуточную работу, но не из-за ограничений по шуму. Они почти полностью автоматизированы, в каждом доме всего три работника. Один следит за процессом на ноутбуке, а другой проверяет бетонную смесь, которую нужно адаптировать к текущим погодным условиям. Другой работает в качестве поддержки, обрызгивая участок водой или добавляя в систему новый материал.
«Перспектива роботизированного строительства — это обещание автоматизации, сокращения трудозатрат, а значит, снижения трудозатрат», — сказал Баллард.
ICON планирует сократить количество операторов до двух в течение следующих 12 месяцев, добавил Баллард. В конце концов, он хочет еще меньше операторов. «Я думаю, что своего рода Святой Грааль — это когда один человек может наблюдать за дюжиной систем, а вам нужен один человек, чтобы наблюдать за дюжиной систем», — сказал Баллард.
Главный пресс
3D-принтер ICON в жилом комплексе в Джорджтауне, штат Техас.
Диана Олик | CNBC
Это работает следующим образом: цифровой план этажа загружается в программную систему под названием Build OS, которая затем подготавливает его для роботизированного строительства. Он автоматически наметит усиление конструкции, разместив электрические и сантехнические розетки во время печати. Затем принтеры выдавливают ряды и ряды запатентованной бетонной смеси, которая очень похожа на зубную пасту, медленно создавая структуру.
Другие компании, такие как калифорнийская Mighty Buildings, также используют технологию 3D-печати, но они печатают дома на заводе, а затем перемещают их на место. ICON переносит фабрику на место.
«Благодаря этому проекту мы увеличиваем общее количество домов на 400%, и мы ожидаем, что в ближайшие три-пять лет мы продолжим как минимум удвоение», — сказал Баллард. Он сказал, что уже планирует работать с другими крупными строителями. Д. Р. Хортон — еще один из первых инвесторов ICON.
Миллер из Lennar сказал, что его основной задачей является вывод на рынок более доступных домов, и он видит в этом один из способов сделать это. Но он знает, что это еще и ранние стадии.
«Все дело в инновациях. Если вы поедете по стране и поговорите с официальными лицами на местном уровне и на уровне штата, самый большой вопрос: как мы обеспечиваем жилье для рабочей силы, доступное жилье», — сказал он.
Леннар начал планировать проект с ICON, когда рынок жилья все еще был на пике популярности благодаря высокому спросу и рекордно низким ставкам по ипотечным кредитам.
Сейчас ставки по ипотечным кредитам более чем в два раза выше, чем в начале года, а спрос резко упал, что говорит о том, что это может быть дополнительным риском для этого проекта.
«Мы по-прежнему сосредоточены на нашем основном бизнесе, своевременном отправлении поездов, строительстве домов по всей стране, и по мере того, как рыночные циклы меняются вверх и вниз, мы корректируем наш бизнес», — сказал Миллер. «Инновации — это цикл, поскольку они находятся на стороне нашего бизнеса, потому что мы знаем, что в будущем там будет нехватка жилья».
СМОТРЕТЬ ПРЯМОЙ РЕЖИМ В ПРИЛОЖЕНИИ
СМОТРЕТЬ ПРЯМОЙ РЕЖИМ В ПРИЛОЖЕНИИ
Первое в мире сообщество домов, напечатанных на 3D-принтере
На какие обстоятельства повлиял этот проект для сообщества и семей?
Эти семьи были одними из самых бедных семей с самыми низкими доходами, которые мы когда-либо обслуживали. В начале проекта мы сотрудничали с местными властями, чтобы опросить более 500 семей в этом районе, чтобы выявить наиболее нуждающихся.
Как вы отбирали семьи?
Семьи были отобраны с использованием процесса, состоящего из трех частей:
1. Мы тесно сотрудничали с некоммерческими партнерами, чтобы определить район с наибольшим спросом.
3. После опроса мы выбрали семьи, которые имеют наибольшую физическую и финансовую потребность в доме.
Когда въезжают семьи?
Семьи переехали в ноябре 2021 года.
Семьи получили жилье бесплатно?
Семьи получили дома по ипотеке с нулевой процентной ставкой и нулевой прибылью. Общая сумма ипотечного кредита составляет около 400 песо в месяц, что является приемлемой суммой даже для семей с очень низким доходом, и длится семь лет. Остальная часть стоимости дома считается субсидией от New Story. Ипотечные фонды не возвращаются в New Story или ECHALE, а объединяются в общественный инвестиционный фонд, где семьи со временем голосуют за то, как используются средства.
Инвестируя в свои дома, семьи с большей вероятностью будут оставаться в домах в течение длительного времени, будут лучше заботиться о сообществе и предоставлять более содержательную обратную связь в процессе планирования.
Забрал ли этот проект рабочие места у местных жителей?
Застроить дома, которые все еще необходимы для расчистки земли, фундамента, дверей, окон и крыш. Мы наняли местных жителей для всех строительных работ и не уменьшили количество нанятых людей по сравнению с традиционным строительством.