3-D дома

Покажу эскизное представление 3-D технологии для печатания домов на принтере с компьютерным управлением - в проекте жилого дома, с описанием основных подходов.

3-D-печать домов - наиболее перспективное направление строительства. Позволит строить абсолютно разные дома в одном экземпляре, без участия человека. Может быть, единственными немногочисленными операциями будут ограниченные по масштабам подготовительные работы вроде изготовления смесей и их засыпка в агрегат строительства.

3-D дом номер 1

Концепцию печати зданий с помощью принтера представляю как эскизную разработку идеи, которая требует научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ среднего объёма. Что не под силу одному разработчику идей, каковым я являюсь.

В представляемой концепции, революционного порядка, предлагается печатать здания на большом принтере. В качестве первоначального проекта, предлагаю попробовать использовать принцип спекания лазером калиброванного песка – в качестве материала стен, междуэтажных перекрытий, цоколя, лестниц (пандусов) и других элементов зданий. Также можно испытать в качестве строительного материала кварцевый песок в оболочке из полимера, либо – иной сыпучий материал или даже текучий. Точно это можно определить только по совету с материаловедами и химиками. Но! Необходимо стремиться применить в качестве единственного основного материала зданий простой песок, чьи запасы не ограничены.

Печатать здания на мегапринтере можно как для жилья, так и офисные здания, производственные, торговые и другие. При этом этажность определяется только обеспечиваемой прочностью материала. Учитывая, что конструкция здания будет рассчитываться на компактном суперкомпьютере (серийно выпускаются в городе Сарове), когда гарантированно обеспечивается прочность сооружения, проблемы с прочностью исключены.

Основная идея заключается в индивидуальном изготовлении КАЖДОГО здания по неповторимому проекту. Что будет достигнуто в будущем гарантированно. Путем формировании облика здания через компьютер, когда заказчик, даже некомпетентный, составляет основной образ здания, а компьютер поправляет проект, доводя его до состояния реализации. Затем программа проекта вводится в компьютер принтера. После чего принтер запускается и печатает здание.

В предлагаемом проекте, я представляю базовый (что наиболее требуется в современном обществе, учитывая наше положение) вариант принтера – с возможностью изготавливать здания высотой до 11 метров, длина не ограничивается. Этот базовый вариант (разборный и потому возимый на автотрейлере или грузовике) достаточен, чтобы, наконец (21 век!), закрыть в России «проблему нехватки» жилья.

Что даёт реализация этого проекта?

1. Прорыв в технологии строительства жилья и других зданий, доводя его до уровня высочайшей технологии.

2. Прорыв в сроках возведения зданий. Срок сокращается в десятки раз.

3. Резкое удешевление жилья. (Что нельзя достичь другими способами, исключая технологию строительства из сэндвич-панелей, не могущей дать высшего качества архитектурного замысла, - ввиду примитивности и ограничений технологии.)

4. Возможность работы архитектора как архитектора – за счёт снятия всех ограничений на сложность замысла или изобразительные возможности архитектора. Более того – принтерная технология – единственная, которая расширяет до беспредельности возможности архитектора.

5. Создание КАЖДОГО здания – без усилий (!) – в единственном экземпляре. Это неслыханная возможность. В прежние времена реализация зданий в одном экземпляре была возможна только в очень ограниченном числе зданий, обладающих архитектурными достоинствами – для богатых людей. Теперь есть возможность достичь архитектурного совершенства абсолютно всех зданий.

6. Автоматическое обеспечение прочности зданий.

7. Сокращение сроков проектирования в сотни раз. Речь идёт буквально о минутах или (в сложнейших случаях) десятках минут – не более!

8. Автоматическое изготовление зданий роботами. Это невероятное достижение, освобождающее человека от тяжёлого ручного труда на стройке.

9. Снижение стоимости зданий за счёт невероятного сокращения сроков строительства и численности строителей, доводя работу до простого «обслуживания» принтера двумя человеками.

10. Перевод архитектурного и строительного процесса на интеллектуальные рельсы. Архитектура превращается в разновидность искусств.

11. Резкое снижение материалоёмкости зданий.

12. Сокращение потребления металлов стройкой. Что даёт важное социальное следствие – сокращение металлургического производства, а, стало быть, и добычи угля и руд шахтёрами – наиболее опасным видом работ.

13. Круглосуточная работа.

14. Возможность молниеносного возведения зданий в новых и необжитых местах (это особенно важно для военных и МЧС).

15. Выдающаяся сейсмостойкость напечатанных зданий.

Автоматизируются следующие процессы:

- проектирование здания;

- возведение здания;

- отделка здания снаружи;

- окраска здания изнутри;

- создание пола;

- создание стеклопакетов (на отдельной автоматической линии).

В регионах, где нет ураганов, здания можно печатать без фундамента. Подготовительная работа заключается в разметке участка и последующем сдирании 5 сантиметров верхнего слоя материкового грунта бульдозером. А во многих случаях, подготовка места строительства будет заключаться в простом освобождении от растительности. Потому что, благодаря множественности связей в подошве монолитного здания, мелкие неровности ретушируются.

Перед началом печати здания, на каретку устанавливают лидар (лазерный локатор) - для создания точной карты поверхности места стройки. Затем каретки прогоняются по всей площади, осуществляя автоматическую привязку. Данные заносятся в компьютер принтера – теперь принтер будет знать, рельеф в районе стройки. Затем, я бы предложил, стелить на место стройки толстую полимерную пленку, которая прилипнет к первому слою печати здания и будет служить гидроизоляцией. В общем плане, сначала принтер выводит горизонтальную подошву. А от неё печатается всё здание.

В процессе изготовления здания, некоторые элементы здания, учитывая, что печать то ведётся только снизу – вверх, не могут быть напечатаны обычным способом. Например, части экстерьера, свисающие вниз, с отстоянием от стен. Для пропечатывания этих, чрезвычайно важных частей, служат временные подпорки, которые удаляются после завершения строительства. Эти подпорки также рассчитываются по программе и имеют разную форму, ориентированную на минимальность сечения. Чтобы можно было потратить минимум материала.

Коммуникационные выводы из здания также пропечатываются. А также, печатаются отдельно крышки, заглушки всякого рода. Арматуру лучше делать из стеклопластика и базальта.

Также необходимо сообщить, что необходимо печатать не только само здание, но и малые архитектурные формы, элементы здания и даже элементы мебели или интерьера. Но! Для этой цели - автоматизации изготовления и подобных вещей - нужен второй принтер - с большей четкостью изображения. Если в принтере для печати здания мы используем устройство, у которого точка (пиксель) печати примерно 3 миллиметра, то для печати перил (внутри дома), элементов мебели, заборов, скамеек, столбов забора и балясин, столбов осветительных приборов наружного освещения, скульптур и тому подобного нужен принтер с более высокой разрешающей способностью. Второй принтер должен иметь рабочие размеры 2,5х2,5х3,5 метра (длина-ширина-высота). Скамьи большой длины печатают на боку. Также - и скульптуры большой высоты.

Наружная поверхность здания обрабатывается при печати. Как представляется, если лазерами спекаются, доводясь до состояния стеклянной массы, песчинки, то эта поверхность будет обладать гигроскопичностью. Чтобы наружная поверхность здания не пропускала воду, необходимо нанести водостойкое покрытие в виде полимерной массы толщиной порядка 2 миллиметров. Эта масса должна наноситься после прохода примерно 20 – 100 слоёв печати. Посредством отдельно головки с подогревом и лопаткой, которой разравнивается слой, поскольку он получается неровным. Это создаст красивый декоративный вид внешней поверхности. Для окраски отдельных участков внешней поверхности, применяются бачки с красителями, добавляемыми в состав во время нанесения (или поверх).

Наиболее подходящим для этой технологии я считаю не использовать привычные технологии внутренней отделки помещений – и это естественно! Ведь, если мы принимаем принципиально новую технологию, то следствием этого является и изменение облика здания как внутри, так и снаружи. Кроме того – мне бы хотелось повысить уровень внутренней отделки сообразно возвышению технологического уровня. Поэтому естественным решением для внутренней отделки этих зданий является нанесение внутреннего покрытия на стены с помощью робота. Покрытие представляется как вспенивающийся материал при нанесении. Белого или салатного цвета - как наименее надоедающие глазу. Но покрытие это должно получаться толщиной порядка 4 – 5 миллиметров, после застывания. И внешний вид будет получаться как неровная поверхность, но систематическая, в виде нашлёпок, получающихся после выдавливания из пистолета. Кроме того, в материал покрытия можно добавить тонкие волокна (для упрочнения), так как сам этот материал для стен должен представлять собой деформируемый материал, если на него жать. Этот материал будет похож на пенопласт, и будет создавать своим видом «дорогую», «благородную» шероховатую отделку. Одновременно, материал будет выполнять ещё 2 функции:

- шумопоглощение;

- теплоизоляция стен.

Стеклопакеты должны изготавливаться на автоматическом производстве. Это тоже тема для разработки специалистами по автоматике. Потому что тут тоже нужно будет добиться безлюдной технологии изготовления окон любой конфигурации.

Лично я предложил бы создавать под проекты окон из:

А) плоских стёкол (с покрытием – без покрытия; с открывающейся рамкой - глухие);

Б) цилиндрических стёкол (с покрытием – без покрытия; с открывающейся рамкой - глухие); цилиндрические стёкла разного радиуса.

Комбинация этих форм позволит закладывать в проект здания реально возможные к изготовлению окна в автоматической установке. Компьютер внесёт коррективы в место монтажа окон, изменив профиль поверхности здания в этом месте.

При этом предлагаю обратить внимание на материал рам для окон. Простые подходы тут говорят, что можно добиться успеха, если для рам используется материал вроде вспененной смеси цемента (бесцементный бетон). Тогда этот материал по своим качествам похож на древесину, но обладает лучшей теплоизолирующей способностью и не гниёт. Но при этом, он пилится и обрабатывается фрезой, как дерево. Не изменяет геометрические размеры. После изготовления, на раму наносится изоляция в виде полимера (слоя специальной краски или состава). В каждом крупном городе следует построить автоматическую линию по изготовлению окон. Для строительства зданий в сельских районах и мелких населенных пунктах окна будут привозить из больших городов.

Для зданий в регионах, где дуют сильные ветры, и есть опасение, что здание может опрокинуть или унести, реальным представляется якорный псевдофундамент, а именно: в материковом грунте бурится шурф (внизу с расширением), который заливается бетоном, а на выводах заливки, с концами арматуры, происходит «насаживание» здания по принтерной технологии.

На рисунках с 1 по 7 показаны основные агрегаты технологии.

Я здесь представляю простой проект для демонстрации принципов печати коттеджей. Я не стал изображать какой-либо сложный декор. В данном проекте используется простой облик двухэтажного здания, но – для разумного человека – вполне достаточный и симпатичный. Размеры в плане 11 на 12 метров как раз позволяют создавать коттеджи оптимальной площади. Они получаются не слишком большие, но и обладают достаточной площадью для комфортного проживания семьи.

Что в этой технологии бесценно – так это возможность безграничного творчества архитектора, и при этом, строители не смогут исказить архитектурный облик здания. Фактически (!) архитектор остается один на один с проектом, а именно: исчезает посредник «строитель» между архитектором и его творением. Архитектор создаёт здание и фактически, не прилагая физических усилий, строит своё здание.

Расходование материала крайне экономное. Ребра усиления делаются только там, где нужно. Вся конструкция дома монолитная. Структура здания крайне сложна и изощрённа. Внутри и снаружи здания принципиально новый архитектурный стиль (хотя можно делать и классические) под условным названием «биотехно». Этот стиль отличается сложностью форм (снаружи и внутри) и подобием моделям из живого мира. Например, и в архитектурных изысках тоже, при такой технологии делаются ребра жесткости здания в виде округлых структур сложных форм. Это добавляет изобразительной силы интерьеру, а, когда надо, и экстерьеру. Особо следует отметить, что ребра жесткости будут пустотелыми, сотовой структуры.

В нужных местах экстерьера формируются, когда надо, полки, сиденья сложной формы, стенки шкафов и тому подобное. Я рекомендую вообще отказаться от прямых углов, создавая мягкие, перетекающие друг в друга формы – чтобы не надоедали.

Двери делаются автоматически открывающимися биметаллической полосой с электроуправлением. Когда человек подходит к двери, фотодатчик подает ток на полосу, которая вытягивается (сокращается), открывая дверь. Чрезвычайно экономное и долговечное устройство.

Здесь представлен принцип формирования основных агрегатов этой технологии. А конкретное исполнение может быть разным. Не показан минипогрузчик для замены баков со смесью и других. Этот погрузчик в современных условиях (начала развития этой технологии) может работать как на топливе, так и от аккумуляторов. Нет смысла делать автоматическую установку для строительства, но при этом вручную таскать мешки со смесью. Стратегия освобождения человека от физического труда здесь не может быть утрачена.

Не показан агрегат для получения электропитания (как мне представляется, перспективный) здания - супермаховичный накопитель электроэнергии (автор профессор МВТУ им. Н. Баумана Нурбей Гулиа). Данный агрегат, обладающий неограниченным сроком службы и большой ёмкостью (а значит, компактностью), также мной использован в другом проекте – «Коттедж за день» (смотри тот материал). Также супермаховик выгоден тем, что НАКАПЛИВАЕТ электроэнергию в светлое время суток, поскольку в таком светлом здании расход электричества крайне мал.

Используются светодиодные лампы освещения. Каналы для электропроводки и иные формируются заранее в программе. Я предлагаю (и это самое прогрессивное решение) создать электрическую арматуру с автоматическими контактами. Тогда электрокабели имеют готовые к присоединению контакты, а электрические розетки и выключатели также снабжены готовыми контактами и достаточно вставить, по схеме из компьютера, контакты друг в друга и закрепить электроприбор на сформированном принтером месте.

По аналогичному принципу строится технология печати многоэтажных зданий.

На мой взгляд, чтобы преодолеть узкие места печатной технологии, придется запускать принтер по лифтовой шахте (шахтам). Внутри лифтовой шахты будут формироваться отверстия, по которым будут прокатываться зубчатые колёса принтера. Учитывая, что многоэтажные здания в большинстве случаев имеют несколько лифтов, по одной из шахт будет подниматься подъёмник с расходными материалами.

Тогда возможно строительство высоких зданий индивидуального архитектурного облика, не повторяясь в проектах.

Можно представить, как будут примерно выглядеть напечатанные многоэтажные здания и интерьер печатных зданий, включая коттеджи. Сначала – по многим проектам – будут печатать стены (как плоские, так и сложной формы), а уже потом к стенам будут приклеивать готовые панели, напечатанные и раскрашенные на принтере с более высоким разрешением печати. Целесообразна установка видеосистем вместо окон.

Ниже показываю образцы строительства. И хотя это картинки из фантастических произведений, но тут авторы верно и точно угадали возможную технологию строительства зданий в «будущем». На самом деле, эта технология уже сегодняшнего дня, технология, которую необходимо внедрить для повышения уровня развития цивилизации и благосостояния общества.

Художник Стефан Моррель

Необыкновенно сложные барельефы с большой детализацией.

Статуи тоже напечатаны на принтере.

Художник Стефан Моррель

Металлические части тоже печатаются.

Художник Стефан Моррель

Ссылка на эту страницу (Link to this page): 3-D дома