Использование 3D-печати в строительной индустрии для создания более экологичных объектов

Прочитайте о том, как использование 3D-печати совершило значительный прорыв в строительной индустрии благодаря применению экологичных материалов и возможностям, которые она открывает для минимизации отходов и повышения темпов строительства. Обсудите новые подходы к использованию экологичности в строительстве будущего.

Изучение использования 3D-печати для экологичных строительных решений

Технология 3D-печати в строительстве

Использование 3D-печати открывает новые захватывающие возможности для строительной отрасли. Эта инновационная технология, также называемая аддитивным производством, создает конструкции слой за слоем с невероятной точностью.

Вместо традиционных субтрактивных методов, которые начинают с большого блока материала и удаляют то, что не нужно, при 3D-печати материалы помещаются только там, где они необходимы. Это позволяет эффективно изготавливать целые здания и структурные элементы с нуля.

Послойный процесс также позволяет IoT с 3D-печатью работать непрерывно, без пауз. В результате в один прекрасный день целые здания можно будет возводить всего за несколько недель - гораздо быстрее, чем при традиционном строительстве на месте. Также можно создавать сложные архитектурные формы, которые трудно поддаются стандартным технологиям.

В целом, использование автоматизированного и точного аддитивного процесса 3D-печати способно произвести революцию в проектировании и строительстве объектов окружающей среды. С дальнейшим развитием технологии она может вскоре изменить всю индустрию, обеспечив более быстрые, индивидуальные и устойчивые способы строительства. По мере развития этой разрушительной технологии впереди могут наступить захватывающие времена.

Несколько преимуществ 3D-печать для строительства - это уменьшение количества отходов, автоматизация, адаптация и ускорение строительства. Использование 3D-печати позволяет точно "распечатывать" материалы только в тех местах, где требуется усиление, что позволяет эффективно использовать ресурсы и не использовать тяжелые готовые усиления. Процесс печати полностью автоматизирован после загрузки файлов дизайна, что снижает потребность в человеческом труде на стройплощадке.

3D-принтеры также позволяют создавать очень индивидуальные, нестандартные конструкции, которые было бы трудно изготовить традиционными субтрактивными методами производства. Можно добиться сложных геометрических форм и оптимизированных структурных конструкций. Сроки строительства также значительно сокращаются, поскольку 3D-печать позволяет работать непрерывно, без остановок, по сравнению с последовательным выполнением задач на месте. С помощью крупномасштабных инструментов 3D-печати целые здания можно будет строить не за месяцы, а за недели.

Некоторые из материалов, которые использовались при создании конструкций с помощью 3D-печати, включают бетон, строительные растворы, переработанный пластик и керамику. Среди всех гражданских конструкций бетон является самым популярным материалом для крупномасштабной печати стен, полов и даже целых домов. Автоматизация процесса нанесения слоев дает гарантию того, что бетон будет нанесен точно и равномерно. Ученые также работают над тем, как напечатать в 3D более прочный бетон, армированный сталью.

В настоящее время он находится лишь в зачаточном состоянии в сфере строительства из-за ограничений по размеру и выбору материалов, но он быстро развивается. В ближайшем будущем она может изменить процесс строительства за счет повышения эффективности, снижения затрат и внедрения экологичных решений. Широкомасштабное использование 3D-печати и разработка новых строительных материалов расширяют потенциал в будущем...

Экологичные строительные материалы

Экологически чистые строительные материалы

Что касается устойчивости и экологичности, то использование экологичных материалов продолжает набирать обороты в строительных проектах. Четыре основные категории экологичных материалов включают материалы, изготовленные из переработанных материалов, материалы на биологической основе, местные материалы и материалы из возобновляемых источников.

Переработанные и биоматериалы

Вторичное сырье для материалов 3D-печати, получаемое при переработке отходов бетона и пластика, сводит к минимуму количество отходов, заменяя ими первичный материал, получаемый при добыче. Некоторые из материалов на биооснове - это бамбук, шерстяная изоляция, композитные материалы на натуральной основе и древесина, собранная в экологически чистых районах, которые являются возобновляемыми источниками. Они содержат меньше воплощенного углерода по сравнению, например, со сталью и бетоном, которые подвергаются тщательной обработке и потребляют много энергии.

Эти материалы также более экологичны, чем материалы из других ресурсов, поскольку их производят из побочных продуктов сельского хозяйства. Например, конопляный бетон получается из комбинации конопляной стружки, которая представляет собой внутреннюю древесную сердцевину растения, и вяжущих веществ на основе извести, которые используются для производства изоляционных блоков.

Преимущества экологичных материалов

Использование экологичных материалов для 3D-печати дает несколько экологических преимуществ. Они снижают нагрузку на запасы сырья, обеспечивают меньший общий уровень выбросов в окружающую среду, а также помогают в создании экологически чистых зданий. сертификация. Некоторые из этих экологичных материалов также полезны для здоровья человека, поскольку они не выделяют летучих органических соединений в окружающую среду.

С экономической точки зрения, использование некоторых "зеленых" материалов экономически выгодно, поскольку они обладают повышенной прочностью, требуют меньшего ухода и легче утилизируются по окончании срока службы здания. Таким образом, использование 3D-печати в экологичном строительстве выгодно и для окружающей среды, и для экономии средств в долгосрочной перспективе. По мере развития технологий появляется все больше вариантов экологичных материалов, продуктов и систем, которые можно экономически эффективно использовать в строительных проектах.

Энергоэффективный дизайн зданий

Стратегии пассивного дизайна

Пассивная стратегия предполагает использование геометрии, расположения и даже строительных материалов строения для управления процессами отопления, охлаждения и освещения. Конструктивные особенности, такие как выступ крыши, изоляция и растительный покров, также минимизируют потребность в механических системах. Правильное расположение окон позволяет зимнему солнцу проникать внутрь, блокируя при этом летнее солнце. Материалы с тепловой массой, такие как открытый бетон, также помогают стабилизировать температуру в помещении.

Интегрированные интеллектуальные технологии

Затем передовые интегрированные системы активно управляют энергопотреблением здания и обеспечивают точный климат-контроль. Использование 3D-печати Автоматизированное освещение и приборы, работающие на возобновляемых источниках энергии, снижают общее потребление электроэнергии. Системы автоматизации зданий централизованно управляют всеми активными системами, основываясь на графике занятости и условиях окружающей среды, что обеспечивает максимальную эффективность.

Оптимизация ресурсов

Мы принимаем меры по экономии воды, такие как сбор дождевой воды, переработка серой воды, а также использование засухоустойчивых растений и материалов, чтобы свести к минимуму использование питьевой воды. Системы рекуперации энергии используются для сбора отработанного тепла из вытяжного воздуха или из оборудования для предварительного нагрева поступающего воздуха.

В сочетании пассивные и активные стратегии сокращают эксплуатационный углерод 3D-печать совершает революцию и затраты значительно выше, чем в обычном здании. Мониторинг энергопотребления в режиме реального времени помогает точно настроить работу здания с течением времени. Синергетический, целостный подход рассматривает здание как интегрированную, живую систему, а не как отдельные компоненты для достижения сверхнизкого или нулевого чистого энергопотребления. Такой уровень эффективного, устойчивого проектирования будет иметь все большее значение для смягчения последствий изменения климата.

Передовые методы строительства

Крупномасштабные 3D-печатные конструкции

Технологии 3D-печати продолжайте расширять масштабы, чтобы печатать целые здания и мосты. Среди проектов - первое использование 3D-печати домов для малообеспеченных слоев населения в Мексике и 30-футовый пешеходный мост в Филадельфии. Печать бетона на месте позволяет отказаться от предварительной подготовки и возводить конструкции в один этап.

3D-печать на месте

Новые мобильные роботизированные принтеры могут печатать прямо на строительных площадках, что обеспечивает их гибкость. Их большие размеры позволяют печатать такие компоненты жилья, как стены, в месте конечного использования, что сокращает транспортные расходы.

Сложные архитектурные проекты

Использование 3D-печати позволяет создавать геометрии, трудно поддающиеся традиционным методам. Непрямолинейные оболочки зданий, оптимизированные с точки зрения конструктивных характеристик и интеграции в ландшафт, теперь возможны благодаря сложным цифровым проектам и многоосевому управлению печатью.

Воздействие на окружающую среду и устойчивость

Сокращение отходов

Экологичная 3D-печать минимизирует потери материалов, укладывая слой за слоем только то, что необходимо. Это значительно сокращает утилизацию остатков материалов по сравнению с традиционными методами строительства.

Минимизация углеродного следа

Рациональное использование материалов при 3D-печати снижает выбросы углерода в атмосферу при строительстве. В сочетании с возобновляемыми источниками энергии для работы, общий углеродный след уменьшается по сравнению с энергоемким производством сборных компонентов.

Устойчивое развитие

Передовые технологии способствуют достижению целей устойчивого развития - эффективному использованию ресурсов и строительству жизнестойкого, доступного жилья по всему миру. Области применения расширяются от сооружений для оказания помощи при стихийных бедствиях до устойчивых городов, построенных с помощью индивидуального цифрового производства на месте, продвигая отрасль к снижению воздействия на окружающую среду.

Заключение

В заключение следует отметить, что развитие 3D-печати и других инновационных методов строительства способно произвести революцию в проектировании зданий и их устойчивости в ближайшие десятилетия. Способность изготавливать сложные, индивидуальные конструкции по требованию с минимальными отходами материалов открывает беспрецедентные возможности для создания оптимизированных сооружений.

В паре с интегрированными в систему возобновляемых источников энергии зданиями и принципами пассивного дизайна эти методы позволят создавать сверхэффективные, самоподдерживающиеся постоянные конструкции. Большие принтеры и новые строительные материалы расширяют границы того, чего мы можем достичь благодаря аддитивному производству и цифровому изготовлению. В ближайшие годы использование 3D-печати в силу ее огромного потенциала превратит строительный сектор в более устойчивую отрасль, которая минимизирует ущерб окружающей среде. Широкое распространение этих методов по всему миру станет важным шагом на пути к более устойчивому развитию.

Вопросы и ответы

В: Насколько масштабными могут стать 3D-принтеры для строительства?

3D-принтеры для строительства быстро растут в размерах и возможностях. В настоящее время некоторые крупные принтеры могут печатать конструкции высотой до 3 этажей, занимая площадь в несколько сотен квадратных футов. Исследователи работают над созданием мобильных портальных систем с шириной печати 30 метров и более для печати целых домов и мостов за один прогон. Дальнейшие инновации направлены на то, чтобы полностью устранить ограничения по размеру.

В: Какие материалы можно использовать для 3D-печатных конструкций?

Среди распространенных материалов, используемых для 3D-печатных конструкций, - бетон, как обычный, так и специализированные высокопрочные варианты; композиты из переработанного пластика, смешанные со связующими веществами; армированные волокнами пластики и полимеры, подходящие для постоянного использования на открытом воздухе; керамические композиты для долговечности; и экспериментальные материалы, армированные сталью. Исследователи также изучают возможность использования почвы, извести и натуральных волокон из сельскохозяйственных отходов. Спектр пригодных для использования материалов постоянно расширяется.

В: Как скоро 3D-печатные дома станут мейнстримом?

Дома, напечатанные с помощью 3D-печати, набирают обороты, но до их широкого распространения еще далеко. По оценкам некоторых аналитиков, массовое распространение 3D-печатных домов произойдет в течение 15-20 лет по мере развития технологии и снижения стоимости. Такие факторы, как дальнейшее повышение скорости строительства, разработка проектов с использованием возобновляемых источников энергии, производство домов с использованием инновационных бизнес-моделей и упрощение стандартизированных нормативных разрешений, помогут 3D-печати превратиться из ниши в основной подход к строительству в течение следующего десятилетия.

В: 3D-печать на объекте работает медленнее, чем предварительное изготовление?

Хотя сборные компоненты устанавливаются быстрее, чем традиционное строительство на месте, 3D-печать на месте потенциально может быть быстрее любого из этих процессов. Поскольку 3D-принтеры могут работать непрерывно, без перерывов, теоретически, целые дома могут быть построены за несколько недель по сравнению с месяцами традиционного строительства. Кроме того, экономия времени на транспортировку и сборку компенсирует незначительное замедление темпов печати. По мере дальнейшего совершенствования технологии печати цифровое производство на месте, вероятно, превзойдет модульную сборку по скорости строительства новых домов.

В: Какие сертификаты требуют 3D-печатные дома?

Для обеспечения безопасности и структурной целостности 3D-печатные дома должны пройти оценку по стандартам, например, по стандартам Международного совета по кодексу. Компании работают над получением сертификатов ICC для несущих стен и крыш, напечатанных в масштабе. Дополнительные сертификаты от таких организаций, как LEED, учитывают воплощенный углерод, энергоэффективность, качество воздуха/воды и т.д. По мере того, как цифровое производство будет продолжать устанавливать рекорды производительности, критерии сертификации будут расширяться соответствующим образом, чтобы обеспечить благополучие жителей и экологическую устойчивость на основе передовых технологий строительства.