Budownictwo addytywne
Druk 3D już dawno wyszedł z początkowych zastosowań szybkiego prototypowania i stał się pełnoprawnym procesem produkcyjnym. Znany w branży jako produkcja addytywna, jest wykorzystywany do wytwarzania coraz szerszej gamy rzeczy, od implantów dentystycznych po części silników odrzutowych. W rzeczy samej, było tylko kwestią czasu, zanim dotrze do przemysłu budowlanego.
Mówiąc najprościej, domy drukowane w 3D są budowane poprzez nakładanie materiału warstwa po warstwie. Betonowa mieszanka przypominająca pastę, jest wytłaczana przez dyszę, która jest prowadzona przez ogromną suwnicę, tworząc ściany od podstaw, jedna warstwa po drugiej.
Na pierwszy rzut oka nie brzmi to skomplikowanie i rzeczywiście takie nie jest. Jednak implikacje takiego procesu budowlanego są ogromne. Choć wciąż jest w bardzo wczesnej fazie rozwoju, już pokazał obiecujące wyniki i szybko przykuł uwagę mediów.
Pytanie brzmi, czy szum wokół druku 3D w budownictwie jest rzeczywiście zasłużony? W tym artykule zagłębimy się w ten temat i pokażemy dlaczego wierzymy, że domy drukowane w 3D mogą być przełomowym rozwiązaniem.
Szybsza budowa
Drukowanie 3D domu jest znacznie szybsze w porównaniu z tradycyjnymi metodami budowy. Podczas gdy rzeczywiste ramy czasowe zależą w dużej mierze od wielkości projektu, w większości przypadków budowa zajmuje tylko kilka dni.
Weźmy na przykład pierwszy w pełni dopuszczony do użytku dom drukowany w 3D w Ameryce, zbudowany przez firmę budowlaną Icon dla organizacji non-profit New Story w 2018 r. Dom o powierzchni 350 stóp kwadratowych w Teksasie zajął około 47 godzin czasu drukowania rozłożonego na kilka dni.
Zaledwie dwa lata później, inna amerykańska firma zbudowała ogromny dom o powierzchni 1.900 stóp kwadratowych w zaledwie 8 dni, zajmując do zaledwie 48 godzin w całkowitym czasie drukowania. Należy jednak pamiętać, że drukarki 3D mogą tworzyć jedynie fundamenty oraz ściany zewnętrzne i wewnętrzne.
Mimo to, według SQ4D, firmy odpowiedzialnej za projekt, jest to 40% redukcja w porównaniu do zwykłych technik budowlanych. Choć na początku może się to wydawać niewiele, druk 3D w budownictwie to wciąż rozwijająca się technologia, która ma jeszcze wiele do dopracowania, więc jest szansa, że czas budowy jeszcze bardziej się skróci.
Zmniejszona praca
Place budowy z wykorzystaniem druku 3D wymagają mniejszej liczby robotników niż tradycyjne place budowy, ponieważ sprzęt drukujący wykonuje większość pracy.
Ogólnie rzecz biorąc, tradycyjna budowa wymaga wielu kroków, w tym całej dziewięcioosobowej ekipy rozładowującej, transportującej i mieszającej materiały przed położeniem konstrukcji. Z drugiej strony, po ustawieniu, betonowa drukarka 3D wymaga tylko garstki ludzi do monitorowania i kontrolowania procesu budowy.
Wspomniany wcześniej dom o powierzchni 1.900 stóp kwadratowych, wykonany przez SQ4D, wymagałby na przykład zaledwie 3 osób na miejscu, zastępując ekipę ponad 20 robotników fizycznych, jak twierdzi firma. To pokazuje jak dobrze zautomatyzowany jest cały proces i dlaczego drukowanie domów w 3D jest tak obiecującą alternatywą.
Co więcej, mniejsza liczba pracowników na placu budowy prowadzi również do mniejszej liczby wypadków związanych z pracą i wypadków śmiertelnych. Według statystyk OSHA, samo budownictwo jest odpowiedzialne za jedną na pięć ofiar śmiertelnych wśród pracowników w USA. Domy drukowane w 3D, jeśli są wykonywane w sposób odpowiedzialny, mogą pomóc w znacznym zmniejszeniu tych liczb.
Niższe koszty
Domy drukowane w 3D są rzekomo tańsze w budowie, ale jest to nieco dyskusyjne, jako że drukarki 3D do produkcji masowej są drogimi urządzeniami i wciąż mają wiele ograniczeń. Pozostańmy jednak przy faktach i liczbach.
Ustaliliśmy już, że drukowanie 3D domu jest szybsze niż tradycyjne budowanie, a jak mówi przysłowie, czas to pieniądz. Mniej czasu spędzonego na budowie oznacza, że zarówno sprzęt jak i pracownicy będą szybciej dostępni dla innych projektów, mając teoretycznie dwukrotnie większe możliwości budowlane przy dzisiejszych danych.
Jeśli dodamy do tego znacznie zmniejszoną liczbę potrzebnych robotników, to ostateczne wydatki powinny być już zredukowane do ułamka pierwotnej wartości. Dodatkowo, surowce wykorzystywane przez niektóre drukarki 3D mogą być częściowo gromadzone na miejscu, co redukuje koszty związane z ich pozyskiwaniem, przechowywaniem i transportem na miejsce budowy.
Przejdźmy teraz do liczb: Dom Apis Cor w Rosji o powierzchni 410 stóp kwadratowych kosztował podobno około 10.000 USD, wliczając w to wszystkie okna, pokrycie dachowe, okablowanie i wykończenie wnętrz. To oszałamiająco mało. Icon pracuje obecnie nad domami o powierzchni 600 stóp kwadratowych, które mają kosztować zaledwie 4.000 USD.
Tak, sprzęt do druku 3D w budownictwie jest wciąż bardzo drogi, tak jak każdy inny najnowocześniejszy element technologii. Jest jeszcze wiele do zrobienia, a wraz z postępem technologicznym koszty związane z maszynami i obsługą z pewnością będą się zmniejszać.
Unikalne możliwości budowlane
Druk 3D oferuje unikalne możliwości budowlane, których stworzenie za pomocą konwencjonalnych technik budowlanych byłoby albo niemożliwe, albo zbyt kosztowne.
Niektórzy twierdzą, że aby jak najlepiej wykorzystać proces druku 3D, należy wziąć pod uwagę wysoki stopień swobody projektowania, jaki zapewniają te technologie. Dotyczy to również budownictwa i architektury, gdzie innowacyjność i kreatywność są szczególnie promowane.
Nieodłączna natura druku 3D pozwala na produkcję skomplikowanych kształtów i form bez dodatkowego wysiłku. Na przykład, drukarka 3D do betonu może tworzyć misternie zakrzywione ściany, tak samo łatwo jak proste. Niekonwencjonalna architektura może poprawić wygląd budynków z zewnątrz, a nawet zoptymalizować przestrzenie wewnętrzne.
Weźmy na przykład „Biuro Przyszłości” w Dubaju, wydrukowane przez chińską firmę Winsun, w którym mieści się Dubai Futures Foundation. Zakrzywiony kształt zewnętrzny wymagałby ogromnego nakładu pracy, aby odtworzyć go przy użyciu konwencjonalnych technik budowlanych.
Inżynierowie mogą również wykazać się kreatywnością, ponieważ materiały wyjściowe do drukowania mogą być w dużym stopniu dostosowane w celu uzyskania lepszych właściwości. Po zakończeniu partii, beton jest już najwyższej klasy materiałem budowlanym, odpornym na większość czynników środowiskowych, takich jak ogień i wilgoć, a także doskonałym izolatorem termicznym.
Wyższa wydajność materiałowa
Proces drukowania domów w 3D jest bardziej efektywny pod względem zużycia energii i materiałów w porównaniu z tradycyjnym budownictwem.
Domy drukowane w 3D generują mniej odpadów, ponieważ wykorzystują tylko wymaganą ilość materiału do budowy konstrukcji: Nie ma ścinków z cięcia lub rzeźbienia materiałów. Ponadto, ponieważ materiały wsadowe na bazie betonu są bezkształtne, wszelkie resztki mogą i powinny być wykorzystane w następnym budynku.
Dodatkowo, materiał wsadowy może być wykonany z materiałów pochodzących z recyklingu. Jeszcze w 2014 r. chińska firma Winsun była w stanie zbudować nie mniej niż 10 domów w ciągu jednego dnia, używając wyłącznie materiału betonowego z recyklingu, podczas gdy włoska firma WASP zajmująca się drukiem 3D wyprodukowała dom z naturalnego błota zmieszanego z materiałami odpadowymi z lokalnej produkcji ryżu, w skład których wchodziły posiekane słomki i łuski ryżowe.
Drukowane domy pobierają również mniej energii w porównaniu z całym łańcuchem produkcyjnym zwykłego budownictwa. Weźmy pod uwagę całą energię potrzebną do transportu surowców i przemieszczania całych ekip robotników na plac budowy każdego dnia. Poprzez zmniejszenie nakładu pracy i pozyskiwanie materiałów na miejscu, druk 3D może być bardziej zrównoważony w dłuższej perspektywie.
Możliwość zastosowania w różnych sytuacjach
Ogólnie rzecz biorąc, drukarnie 3D mogą odgrywać główną rolę w różnych scenariuszach na całym świecie. Wszystkie kluczowe punkty, które omówiliśmy do tej pory – redukcja czasu, kosztów, pracy, rozszerzenie unikalnych możliwości i wydajności – pokazują, jak ta technologia może być bardzo wartościowa w pewnych sytuacjach.
Kraje rozwijające się, stale borykają się z problemami mieszkaniowymi. Zdolność do zapewnienia wystarczającej ilości wysokiej jakości domów w przystępnych cenach jest kluczowa dla zrównoważonego rozwoju gospodarczego. Stosunkowo szybki proces drukowania domów w 3D, mógłby potencjalnie rozwiązać problem bezdomności w krótkim okresie czasu.
Dokładnie to New Story i Icon próbują osiągnąć w Tabasco, w Meksyku. Pomysł polega na zbudowaniu pierwszego drukowanego w 3D osiedla dla lokalnych rodzin, żyjących obecnie w skrajnym ubóstwie. Będzie to w sumie 50 całkowicie wydrukowanych w 3D domów o powierzchni 500 stóp kwadratowych.
Domy drukowane w 3D mogą być również przydatne w sytuacjach kryzysów humanitarnych, szczególnie po klęskach żywiołowych, kiedy domy ulegają znisczeniu w wyniku trzęsień ziemi, pożarów czy tsunami. Społeczności dotknięte takimi wydarzeniami zmagają się z brakiem siły roboczej i materiałów, nie wspominając o wyzwaniach logistycznych. Odbudowa z wykorzystaniem druku 3D może stanowić wydajne i tanie rozwiązanie, które pozwoli przynajmniej rozpocząć proces odbudowy tych społeczności.
I na koniec, druk 3D może również umożliwić eksplorację kosmosu, np. Marsa. Pomysł polega na wysłaniu zautomatyzowanego sprzętu do druku 3D na czerwoną planetę, a ponieważ surowce mogłyby być zbierane lokalnie, drukarki mogłyby zacząć budować pomieszczenia mieszkalne na długo przed przybyciem pierwszych ludzi. Nic dziwnego, że NASA jest tak zainteresowana tą technologią.
Zmiany w przemyśle i inwestycje
Rynek druku 3D dla budownictwa konsekwentnie rośnie w ciągu ostatnich lat. W 2019 r. producent betonowych drukarek 3D COBOD odnotował zyski w zaledwie drugim roku działalności, co jest ogromnym osiągnięciem dla każdej firmy, a tym bardziej biorąc pod uwagę, jak surowy jest jeszcze ten konkretny rynek.
Po 2020 r. kryzys związany z koronawirusem wpłynął na większość branż na świecie, a budowlany druk 3D nie jest tu wyjątkiem. Stanowi on jednak odpowiednie rozwiązanie na takie czasy, biorąc pod uwagę zmniejszoną ilość pracowników na miejscu. Z tego i innych powodów, oczekuje się, że globalny rynek druku 3D dla budownictwa wzrośnie z 4,4 mln USD w 2019 r. do 114,4 mln USD w 2023 r.
Nie ma więc potrzeby, aby wierzyć nam na słowo. Wystarczy pamiętać, że liderzy branży są na szczycie, ponieważ rozumieją rynek, podczas gdy wielcy inwestorzy stawiają swoje pieniądze tylko na wykonalne i naprawdę obiecujące technologie.
Rozpiętość globalna
Domy drukowane w 3D są już rzeczywistością i szybko rozprzestrzeniają się po całym świecie.
Podczas gdy domy drukowane w 3D są często oglądane w konkursach architektonicznych lub jako projekty koncepcyjne, istnieje wiele rzeczywistych, zamieszkałych struktur, które są już w użyciu. Weźmy na przykład Lewis Grand Hotel na Filipinach, którego rozbudowa o 1400 stóp kwadratowych, w tym sypialnie i pokoje dzienne, została w całości wykonana przy użyciu druku 3D.
Rządy również się w to angażują. W 2019 r. rosyjska firma Apis Cor zbudowała największy jak dotąd budynek wykorzystujący druk 3D. Dwupiętrowy budynek o powierzchni 6.888 stóp kwadratowych jest obecnie siedzibą władz miejskich Dubaju, będąc ich drugim rządowym obiektem drukowanym 3D po wspomnianym już Biurze Przyszłości.
W Europie, wydrukowany w 3D Yhnova House stał się jednym z pierwszych na świecie zamieszkałych domów w 2018 r., gdy wprowadziła się do niego rodzina Ramdani. Struktura została opracowana przez Uniwersytet w Nantes przy użyciu ich własnego zastrzeżonego sprzętu, zajmując ponad 54 godziny, aby wydrukować strukturę o powierzchni 1000 stóp kwadratowych.
Następnym razem, gdy usłyszysz o domach drukowanych w 3D, przypomnij sobie, że choć jest to wciąż rozwijająca się technologia, pokazała ona już wspaniałe rezultaty i jest już wykorzystywana na całym świecie.
Źródło: https://all3dp.com
