Druk 3D w budownictwie – drukowany świat

Na moim blogu wielokrotnie poruszałem temat druku 3D, który wciąż nie traci na popularności. Jego wszechstronne zastosowania można podziwiać w wielu dziedzinach m.in. przemyśle samochodowym, medycznym, branży jubilerskiej, a także budownictwie. W dzisiejszym artykule zajmiemy się tym ostatnim i sprawdzimy, czy druk przestrzenny faktycznie sprawdza się przy konstruowaniu i stawianiu budynków.

Druk 3D w budownictwie – jak wygląda drukowanie konstrukcji budowlanych?

Drukowanie 3D w budownictwie ma zasadniczo dwie formy: drukuje się poszczególne elementy lub modele w fabrykach albo wykorzystuje się specjalne urządzenie do drukowania na miejscu budowy.

W tym celu wykorzystuje się program CSD lub BIM, w którym wprowadza się dane dotyczące tego, co ma zostać wydrukowane, a następnie przekazuje drukarce 3D, która urzeczywistnia wgrany projekt, nakładając kolejno materiał warstwa po warstwie.

Aby powstała trwała konstrukcja, do druku wykorzystuje się wcześniej przygotowaną mieszaninę cementu, szpachlówki, plastyfikatora oraz innych substancji pomocniczych. Trafia ona do zbiornika drukarki, a następnie do jej głowicy.

Do drukowania przestrzennego w branży budowlanej wykorzystuje się zazwyczaj trzy podstawowe rodzaje drukarek 3D:

• Drukarki 3D z mechanicznymi ramionami – to urządzenia używające do nanoszenia druku robota lub sieć robotów, np. manipulator przemysłowy z wytłaczarką, który jest sterowany komputerowo;
• Drukarki delta – ich głowice drukujące znajdują się na dźwigniach, które są przymocowane do pionowych prowadnic. Wykorzystuje się je zazwyczaj do tworzenia bardziej zaawansowanych konstrukcji;
• Drukarki 3D z suwnicą – to właśnie z ich pomocą można wydrukować cały budynek lub jego poszczególne sekcje. Urządzenie zbudowane jest z bramki, trzech suwnic oraz głowicy drukującej.

O trójwymiarowym drukowaniu opowiadałem także w artykule Druk 3D w medycynie – poznaj innowacyjne zastosowania. Jeśli interesuje Cię wykorzystywanie druku przestrzennego w innych dziedzinach, koniecznie klikaj w link!

Zastosowania druku przestrzennego w branży budowlanej

Przestrzenne projektowanie budowli

Technologia druku 3D ma szerokie zastosowanie w budownictwie, które można rozpocząć już na etapie projektowania architektonicznego. Wykonując rysunki techniczne w specjalnie przygotowanych programach komputerowych, drukarka 3D może wykonać makietę w odpowiedniej skali. Najpopularniejszą technologią wykorzystywaną w tym celu jest FDM (ang. Fused Deposition Modeling), który układa na sobie kolejne warstwy materiału.

Takie rozwiązanie pomaga lepiej zwizualizować projekt osobom spoza branży budowlanej, ukazując nawet najmniejsze detale przyszłej budowli, np. konkretne ramy okienne, drzwi, schody czy elementy dachu. W ten sposób, jeszcze przed finalnym przystąpieniem do budowy, zleceniodawca może ocenić czy model nie wymaga poprawek, oszczędzając tym samym czas i pieniądze.

Makiety 3D wykorzystywane są również do projektowania elementów architektury krajobrazu jak mosty, kładki dla pieszych czy wiadukty. Podgląd wcześniejszego obiektu bezpośrednio wpływa na późniejsze bezpieczeństwo i wygodę użytkowania stworzonej przestrzeni.

Drukowanie 3D budynków mieszkalnych i usługowych

Druk trójwymiarowy z początku oznaczał tworzenie jedynie niewielkich obiektów, jednak rozwój tej innowacyjnej technologii obecnie pozwala na drukowanie elementów lub nawet całych budynków.

Warto podkreślić, że tego typu rozwiązania wciąż nie są szeroko rozpowszechnione i z pewnością nie mogą całkowicie zastąpić tradycyjnych metod budownictwa. Obecnie wciąż mało popularne jest tworzenie wysokich projektów, nie tylko ze względu na brak odpowiednich urządzeń drukujących, ale również wystarczająco trwałego materiału, który zapewni stabilność przy przeciążeniach wysokościowych.

Przykładem budynku mieszkalnego, który został stworzony z pomocą drukarki 3D jest dom w Beckum, w Niemczech. Jego powierzchnia sięga 380 m2 i składa się z pięciu oddzielnych mieszkań. Do jego wykonania wykorzystano specjalnie przygotowany materiał konstrukcyjny przypominający cement, a sam proces drukowania trwał około 100 godzin pracy drukarki.

Pamiętajmy, że do powstania domu nie wystarczy wydrukowanie betonowych ścian. Wszelkie prace wykończeniowe i konstrukcyjne, które umożliwiają korzystanie z budynku trwają nieraz wiele miesięcy i wymagają pracy wielu fachowców.

Budynek mieszkalny w Dubaju, zwany Biurem Przyszłości został stworzony z pomocą technologii druku przestrzennego i złożony w zaledwie 48 godzin. Cały proces odbył się poza placem budowy, a wydruk elementów zajął 17 dni.

Drukarka 3D w budowaniu mostów

Ostatnim już przykładem wykorzystywania technologii druku trójwymiarowego jest drukowanie mostów i wiaduktów używanych w przestrzeni publicznej. Najczęściej w tym celu używa się drukarek z robotycznymi ramionami, które pracują po dwóch przeciwległych stronach.

Inteligentny stalowy most jako pierwszy stanął w Amsterdamie i został całkowicie wykonany w technologii 3D. Do stworzenia elementów kładki użyto 4,5 ton stali nierdzewnej i trzech robotów przemysłowych. Most posiada również czujniki, które zbierają dane o natężeniu ruchu, wibracjach czy temperaturze konstrukcji, co pozwala na bieżąco reagować na powstające usterki.

Korzyści z używania druku 3D w branży budowniczej

Zastosowanie druku przestrzennego w budownictwie oprócz tego, że jest nowoczesnym rozwiązaniem, posiada także wiele innych zalet. Poniżej znajdziesz kilka najważniejszych:

• Tworzenie nietypowych projektów o unikatowym designie i skomplikowanym kształcie
• Zminimalizowanie błędów ludzkich oraz wysoki poziom bezpieczeństwa w użytkowaniu budowli
• Budownictwo zero waste, czyli maksymalne ograniczenie generowanych odpadów (drukarka 3D pobiera tylko tyle materiału ile jest konieczne)
• Oszczędność czasu i pieniędzy – sprzęt do druku 3D może działać nieprzerwanie co oznacza krótszy czas realizacji projektu, a brak konieczności zatrudniania wielu fachowców oraz przygotowania np. rusztowań ogranicza zbędne koszta
• Skrócenie łańcuchów dostaw i procesu projektowania

Wady wykorzystywania technologii 3D w budownictwie

Mimo, że wykonywanie budynków w technice 3D brzmi niezwykle innowacyjnie, nie wszyscy są przygotowani na rozpowszechnienie go na szerszą skalę. Stoją za tym pewne niezaprzeczalne argumenty przeciw:

• Wysokie koszta badań i rozwoju nad wykorzystywaniem druku 3D w projektowaniu budynków, porównując do niskich marż zysku firm budowlanych
• Skomplikowane łączenie elementów tradycyjnych z drukiem 3D
• Brak wykwalifikowanych pracowników, którzy posiadaliby umiejętność obsługi drukarek budowlanych 3D
• Utrudnienia związane z niekontrolowanymi warunkami pogodowymi, w przypadku drukowania projektów w miejscu budowy
• Brak odpowiednich przepisów i regulacji prawnych

Chcesz wiedzieć Jakie są najczęstsze problemy z drukiem 3D? Oto moja lista!

Czy druk 3D w budownictwie ma przyszłość?

Jak to niektórzy mówią – branża budownictwa rządzi się swoimi prawami. Drukowanie budynków lub ich elementów w technologii 3D z pewnością zapewnia większe bezpieczeństwo czy ekonomiczność całego procesu budowlanego, a także pozwala tworzyć bardziej nowoczesne i elastyczne konstrukcje.

Dziedzinie tej brakuje jednak pewnego uściślenia pod względem prawnym, a także wyspecjalizowanych pracowników, którzy przyczynią się do rozwoju tej gałęzi przemysłu. Zatem, czy druk 3D jest przyszłością budownictwa? Z pewnością! Zarówno koszt, jak i czas wydrukowania budynku mieszkalnego są o wiele niższe niż w przypadku tradycyjnych metod.

A Ty, zamieszkałbyś w domu wydrukowanym z pomocą drukarki 3D? Daj znać w komentarzu i odwiedź moje media społecznościowe – Facebook, Instagram, TikTok, aby nie przegapić innych ciekawostek z branży drukarskiej! 🙂