Чи вдалося домашньому 3D-друку нарешті?

За межами індустрії аддитивного виробництва (AM) часто можна побачити концепцію адитивного будівництва, яку називають «3D-друком будинку» або «3D-друком». Просто подивіться результати GoogleGOOG
інструмент добору ключових слів нижче. Частково це вказує на рівень поінформованості широкої громадськості про цей специфічний сектор, оскільки більшість основних новин охоплює все більшу кількість будинків, які зараз будуються за допомогою конкретних методів 3D-друку. Однак зараз адитивне будівництво досягає точки, коли цей сектор цінується за 3D-друковані житла та не тільки.

Аддитивне будівництво нарешті зробило це

Про це свідчить низка подій, насамперед кількість надзвичайно великих гравців, які увійшли в простір. Багато заголовків, які ми бачимо сьогодні, створені деякими невеликими стартапами, зокрема ICON і COBOD, які створюють системи 3D-друку для будівництва. Однак їхні клієнти одні з найбільших на планеті.

Наприклад, COBOD—підтриманий за 1.8 мільярда доларів PERI Group — є постачальником для GE, яка нещодавно побудувала найбільший у світі завод із аддитивного будівництва для 3D-друку бетонних основ для вітрових турбін. Holcim, цементний гігант вартістю 28 мільярдів доларів у гарячій воді для виробництва угод з ІДІЛ у Сирії, є ще одним клієнтом COBOD. Вона використовує машини COBOD для 3D-друку будинків і шкіл в Африці через свою некомерційну групу 14 дерев.

Клієнтів ICON, можливо, навіть більше. Окрім співпраці з невеликими забудовниками житла, основними партнерами ICON є NASA та Міністерство оборони США. Для армії США ICON надруковано на 3D укриття транспортних засобів та масивні казарми.

Тим часом у сектор потрапляють інші конгломерати, в т.ч CEMEX, п'ята за величиною компанія будівельних матеріалів у світі; Sika, швейцарський хімічний гігант з поточною ринковою капіталізацією 38 мільярдів доларів; і Сен-Гобен, одна з найстаріших і найбільших у світі транснаціональних компаній з виробництва будівельних матеріалів з доходом близько 47 мільярдів доларів.

Звідки взялося адитивне будівництво?

Wohlers Associates, що працює від ASTM International, є найстарішою та найповажнішою консалтинговою фірмою в галузі 3D-друку. У квітні 2022 року експерт з будівельного 3D-друку Стефан Мансур приєднався до Wohlers як асоційований консультант, запропонувавши ще один знак того, що адитивна конструкція зробила це. Ми знаємо, що будівельний 3D-друк — це більше, ніж просто «будинковий 3D-друк», але звідки він взявся? У Мансура були деякі відповіді.

За словами фахівця, адитивне будівництво отримало значний поштовх з Близького Сходу, де Об’єднані Арабські Емірати оголосили про своє бачення до 2030 року, а Саудівська Аравія представила свій Проект NEOM. Перший прагнув зробити 25 відсотків Будівлі Дубая будуть надруковані за допомогою 3D-друку до 2030 року, в той час як останній виділяє 500 мільярдів доларів на планування та будівництво з Державного інвестиційного фонду Саудівської Аравії та міжнародних інвесторів.

«У відповідь генеральні підрядники ініціювали зусилля з подальшого дослідження та реалізації будівельної добавки як інструменту для досягнення необхідних цілей», – сказав Мансур. «До відомих компаній і ключових гравців у регіоні Перської затоки входили BAM Infra, BESIX, Freyssinet, Vinci, ACCIONA та Consolidated Contractors Company. Європейські досягнення та досягнення в області будівельних добавок за останні шість років є прямим результатом діяльності вищезгаданих компаній. Розташовані в Європі та співпрацюючи з різними постачальниками матеріалів, технічними установами та будівельними компаніями, що займаються 3D-друком, вони прагнуть реалізувати добавку для будівництва як інструмент у цьому секторі».

Це було додатково викликано поєднанням наслідків пандемії та негативного впливу традиційних будівельних технологій на нашу екосистему. За словами Мансура, такі проблеми, як розриви в ланцюжках поставок, скорочення робочої сили, зростання попиту на будівництво, зростання витрат на матеріали та витрати на стійкість клієнтів, «підштовхують сектор AEC до того, щоб переосмислити статус-кво і рухатися до добавки для будівництва».

Що буде далі для будівельного 3D-друку?

За словами Мансура, у міру того, як це все більше впровадження відбувається, є дві ключові області, які представляють наступний етап розвитку адитивного будівництва, за словами Мансура: вдосконалення технології та підвищення її стійкості. У першій області ми побачимо такі функції, як автоматичний моніторинг друку за допомогою датчиків і штучного інтелекту, які використовуються для покращення якості друку. Крім того, буде оптимізовано процес введення в експлуатацію та виведення з експлуатації обладнання для 3D-друку, особливо для друку на місці.

Що стосується стійкості, ми вже знаємо, що якби цементна промисловість була країною, вона була б країною третій за величиною випромінювача вуглекислого газу у світі після того, як проекти Мансура в Китаї та США зменшили залежність від цього матеріалу на користь метакаолін, саман, вапняк, перероблені будівельні відходи, відходи шахт, сланці тощо. Аналогічно будуть досліджуватися нові армуючі матеріали, зокрема конопля та конопляна арматура, графен, вбудовані волокна та скляні заповнювачі.

Звичайно, адитивне будівництво не використовується лише для 3D-друку бетонних будинків, і не буде використовуватися в майбутньому. Мансур вказав на ряд застосувань, які не висвітлюються в більшості основних засобів масової інформації, наприклад, цифровий інвентар для вирішення накладних витрат, термінів виконання та логістики; оптимізація деталей і запчастин для 3D-друку для старіючої будівельної техніки; більш стійкі методи створення фасадів, облицювання та структурних з'єднувачів; і впроваджуючи круговий підхід, використовуючи перероблені матеріали, як-от пластик і деревні відходи, для 3D-друку меблів та обладнання.

Адитивні будівельні стандарти

Якщо рухатися вперед, найбільшою перешкодою для сектора може бути не технологічний характер, а пов’язана зі стандартами в адитивному будівництві.

«Без стандартів у будівництві нічого не відбувається. У будівництві немає «переробки»; конструкція повинна бути побудована так, щоб вона була безпечною і витримувала випробування часом і елементами. Будівельний сектор не проти впроваджувати нові підходи та технології, але має бути впевненим, що конструкції, які «друкуються», безпечні та відповідають вимогам або перевищують їх. Тут стандарти відіграють вирішальну роль», – сказав Мансур. «Стандарти дозволяють масове впровадження та прийняття, що сприяє створенню здорового конкурентного ринку, що стимулює подальший розвиток матеріалів і підходів, а також забезпечує конкурентоспроможне ціноутворення».

З цієї причини Мансур взяв на себе зобов’язання створити комітет для вирішення цього питання в березні 2021 року. Те, що стало комітетом ISO/TC 261/JG 80, розробив проект стандарту, ISO/ASTM 52939, до кінця 2022 року планується пройти повторний процес розгляду та коментування перед офіційною публікацією.

«Це вчасно, оскільки це впливає на кілька ініціатив уряду, таких як нещодавня пропозиція Європейської комісії від 30 березня^th, 2022, де чітко йдеться про добавки для будівництва та де Європейський комітет стандартизації (CEN та CENELEC) схвалив прийняття ISO/ASTM 52939 як стандарту CEN ISO/ASTM після публікації», – зазначив Мансур.

Як ми бачили з іншими стандартами 3D-друку, це лише початок довгого, трудомісткого процесу, який буде необхідним для просування сектора вперед. Після виконання цієї ключової роботи іншими зусиллями, необхідними для прогресу адитивного будівництва, буде безперервна освіта професіоналів галузі. У зв’язку з цим Wohlers Associates, що працює від ASTM International, буде консультувати та підтримувати світовий будівельний сектор, розуміючи сильні сторони та обмеження 3D-друку як інструменту. Організація пропонує стратегічний погляд на процеси, матеріали, регуляторні ініціативи, а також розробку та прийняття галузевих стандартів.