2.Технология трехмерной печати для послойного изготовления строительных конструкций.

2.1. Описание технологии трехмерной печати для послойного изготовления трехмерных конструкций.

Технология основана на современных достижениях в области так называемой «трехмерной печати». Технология «трехмерной печати» изначально была предназначена для быстрого прототипирования, то есть для быстрого получения реальных копий компьютерных моделей произвольной формы. Однако в настоящее время эта технология интенсивно внедряется в другие отрасли производства, такие как строительство. Однако эта технология основана на непосредственной укладке быстротвердеющего бетона в монолитную конструкцию дома специальным принтером, размеры которого превышают размеры возводимого здания, что требует значительных капитальных вложений, специальных условий строительства и т.д.

Технология принципиально отличается от указанной технологии трехмерной печати. Ближайшим аналогом технологии является технология трехмерной печати фирмы Z Copr (http://www.zcorp.com/).

В основе технологии лежит послойное выборочное отверждение массива порошкообразного компаунда путем напыления печатной головкой установки жидкого инициатора твердения. Форма получаемой строительной конструкции создается заполнением пустот и контура конструкции расплавленным термопластом на основе компьютерной модели. Таким образом, можно создавать строительные конструкции произвольной объемной формы без использования дополнительных приспособлений типа опалубки, форм и т.п. Технология позволяет использовать на одной и той же установке различные составы компаунда и отвердителя, что позволяет получать конструкции с послойно программируемыми свойствами.

Таблица 2.1

Возможные составы компаундов и отвердителей.

Свойства слоя	Компаунд	Отвердитель
Силовой	Цементно-песчанная смесь с фиброй	Вода с ускорителем твердения и упрочнителем
Гидроизолирующий, Теплоизоляционный,	Цементно-песчанная смесь	Вода с жидким стеклом (водный раствор силиката натрия)
Жаростойкий	Высокоглиноземистый цемент с кварцевым песком	Вода с жидким стеклом
Отделочный	Смесь белого цемента и кварцевого песка	Вода с гидростабилизатором и красителями различных цветов

Установка, состоит из:

- прямоугольной кассеты с подвижным дном, габариты которой определяют максимальные размеры получаемых конструкций;

- расположенной непосредственно над верхним срезом кассеты системы печатных головок, распределяющих термопласт и напыляющих отвердитель;

- распределительной каретки, которая формирует очередной слой массива компаунда;

- дозирующих и смесительных устройств, для приготовления компаунда требуемого состава для формирования очередного слоя;

- питающих емкостей с отвердителями различных составов.

Технологический процесс технологии проходит следующим образом:

Система головок проходит вдоль кассеты, распределяя термопласт в соответствии с контуром компьютерной модели конструкции.

Из дозаторов в распределительную каретку загружается порция порошкообразного компаунда требуемого состава.

Каретка проходит вдоль кассеты, формируя очередной слой массива компаунда.

Система головок под управлением компьютера напыляет отвердитель в соответствии с компьютерной моделью конструкции.

Подвижное дно кассеты сдвигается вниз на толщину очередного слоя и процесс формирования очередного слоя повторяется.

По завершении формирования всех слоев строительной конструкции кассета может быть заменена на пустую, а кассета со сформированной конструкцией ожидает завершения схватывания и набора прочности на складе технологического хранения 3 дня, после чего помещается в устройство для выпаривания где в кассету подается горячий пар, который выплавляет термопласт, а готовая конструкция подается на окончательную отделку и на склад готовой продукции.

1 – исходная позиция	4 – распределение компаунда
2 – распределение парафина	5 – напыление отвердителя
3 – дозирование компаунда	6 – готовое изделие после выплавления термопласта

Рис. 2.1. Иллюстрации стадий технологического процесса работы установки.

Достоинства и недостатки технологии относительно основных существующих технологий домостроения сведены в нижеприведенную таблицу. Как видно из неё, практически по всем позициям технология превосходит существующие технологии малоэтажного строительства. К некоторым недостаткам технологии можно отнести неэффективность армирования стальной арматурой, что в полной мере компенсируется возможностью армирования в открытых каналах и микроармированием компаунда и небольшую производительность, что компенсируется устройством нескольких установок.

Таблица 2.2

Сравнение наиболее популярных технологий.

Характеристика	Панельное	Монолитное	Каркасное	3х мерная печать
Быстрота возведения	Высокая	Низкая	Средняя	Высокая
Энергоэффективность	Низкая	Средняя	Высокая	Высокая
«Мокрые» процессы	Мало	Много	Отсутствуют	Мало
Чистота отделки лицевых поверхностей	Высокая	Низкая	Высокая	Высокая
Экономичность строительства.	Высокая	Низкая	Средняя	Высокая
Индивидуальность проекта	Низкая	Средняя	Средняя	Высокая
Свобода выбора архитектурных решений зданий	Низкая	Средняя	Низкая	Высокая
Стены являются несущими	Да	Нет	Нет	Частично
Экологичность	Средняя	Средняя	Высокая	Высокая
Сейсмостойкость	Низкая	Высокая	Высокая	Высокая
Свобода выбора современных фасадных материалов.	Низкая	Низкая	Высокая	Не требуются

К возможному ассортименту продукции, выпуск которой эффективен с применением технологии относятся:

- плиты монолитно-плитного фундамента с тепло- и гидроизолирующими слоями и встроенными системами подогрева пола (воздушного или жидкостного);

- стеновые панели наружных стен с готовой фактурой лицевых поверхностей, отделкой цоколя, отмосткой, наличниками, элементами архитектурных украшений фасада, подготовкой под установку окон и дверей;

- стеновые панели внутренних стен с готовой фактурой лицевых поверхностей, элементами архитектурного дизайна интерьера (декоративные панно, карнизы, колонны, бордюры, купола, ниши, обрамления, пилястры), встроенными каналами под прокладку инженерных сетей, встроенными воздуховодами, печными трубами, каминами;

- панели перекрытий с армированием в открытых каналах, с готовой фактурой лицевых поверхностей, слоями гидроизоляции, встроенными системами подогрева пола (воздушной или жидкостной), встроенными каналами под прокладку инженерных коммуникаций;

- отдельные элементы дизайна интерьеров и экстерьеров зданий и их инженерной инфраструктуры: колонны, скульптуры, лестницы, перила, чаши бассейнов;

- кровельные панели с любой фактурой существующих кровельных материалов, слоями гидроизоляции, возможностью установки систем подогрева кровель и системами водостока;

- малые архитектурные формы для ландшафтного дизайна территории: фонтаны, бассейны, пруды, канавы, беседки, скамейки, дорожки, столбы, портики, заборы.

В основе такой технологии возведения зданий находится специальная конструкция панелей, которая с легкостью реализуется посредством технологии. В общем случае эти панели имеют в своей конструкции следующие элементы:

Пазы для установки опорных пластин, которые необходимы для равномерного распределения нагрузки от армирующих канатов на поверхность бетона с обеспечением контактной прочности конструкции.

Каналы для пропуска арматурных канатов по ГОСТ 13840-68. Канаты необходимы для стягивания панелей между собой и создания предварительного поджатия панелей, что обеспечивает нераскрываемость межпанельного стыка и повышение несущей способности панелей на 50÷80%. Для большей эффективности каналы повторяют форму эпюры изгиба панелей в конструкции.

Пазы для установки креплений канатов. Крепления представляют собой самозатягивающиеся анкерные болты, которые фиксируют канат и обеспечивают его требуемый натяг.

Выступы и пазы для обеспечения герметичности межпанельного шва и самоцентрирования панелей между собой при их стягивании. Эти элементы обеспечивают непродуваемость стыков и высокую точность установки панелей.

Пазы для установки цилиндрического полимерного или резинового уплотнителя, который обеспечивает высокую гидро- и теплозащиту межпанельного стыка.

Различного рода инженерные полости, которые служат для снижения теплопроводности панели, пропуска инженерных коммуникаций, воздушного подогрева пола и т.п.

Замковые пазы для установки строповочных креплений. Конструкция паза обеспечивает надежную строповку и монтаж панели в любом положении на строительной площадке.

1

3

4

5

6

1

2

4

5

6

Рис. 2.2. Сечение и основные элементы панели (принципиальная схема):

1 – пазы для установки креплений панелей, 2 – пазы для установки строповочных креплений, 3 – теплоизолирующие ячейки, 4 – канал для армирующего каната, 5 – пазы для установки уплотнителя, 6 – центрирующие выступы.