3д принтер для бетона своими руками

Обновлено: 01.05.2024

Что такое строительный 3d принтер

В последнее время в средствах массовой информации все чаще можно встретить сведения о новых устройствах: 3d принтер и строительный 3d принтер. На небольших принтерах, стоимость которых начинается от 13 т.р., можно распечатать (изготовить) пластмассовое изделие размером 150/150/80 мм. При изготовлении изделия размером 200/200/180 мм потребуется принтер стоимостью уже 30 т.р.

Конечно было бы очень интересно на нем поработать и распечатать несколько декоративных фигурок для сада. Но их стоимость (даже уникальных) будет не сопоставима с теми, которые есть в продаже, причем значительно большими по размеру. В связи с высокой стоимостью такие принтеры сегодня у широких масс не пользуются большим спросом.

В основном их покупают и используют небольшие фирмы, изготавливающие на заказ пластмассовые детали или макеты.

Для работ в саду и изготовления малых архитектурных форм интереснее было применить строительный 3d принтер, у которого в качестве чернил используется пластичная бетонная смесь.

Стоимость строительного 3d принтера

Такие принтеры изготавливаются во многих странах, в том числе и у нас. Продажу проводит фирма СПЕЦАВИА. Это оборудование стоит значительно дороже тех, что используют в качестве расходного материала пластмассу. Так самый небольшой строительный 3d принтер S-4063, подходящий для изготовления малых архитектурных форм площадью до 18 м2, стоит 8,5 т.$. Два других, используемых для строительства жилых домов S-6045 (до 120 м2) и S-1160 (до 280 м2) стоят соответственно 21 и 30 т.$.

Конечно для любителей и самоделкиных такой инструмент очень бы пригодился, но цены не подъемные и об этом пока можно только мечтать. Рынок 3d принтеров развивается очень быстро и будем надеяться, что в скором времени в продаже появится и небольшой более-менее недорогой строительный 3d принтер.

Для примера приведу несколько фотографий маленького замка, который построил Андрей Руденко, используя строительный 3d принтер. При строительстве он использовал готовую цементную смесь, марка которой указана на упаковке.

Цементные смеси для строительного 3d принтера

Во многих странах, в том числе и у нас, разработаны и продаются аналогичные смеси. Обычно они запатентованы и имеют свои торговые названия. Так, например, в Нидерландах она называется CyBe MORTAR. Бетонная смесь застывает в течение нескольких минут. Материал экологически чистый и полностью подлежит вторичной переработке.

А нашим самоделкиным остается пока одно — подумать, как можно научиться применить для своих садовых работ по изготовлению декора, используя принцип работы 3d принтера с бетонными чернилами.

Как видно из предыдущих фотографий строительный объект создается слой за слоем и движение 3d принтера напоминает движение клеевого пистолета при выдавливании на поверхность клея или герметика.

Нагревание бетонной смеси в 3d принтере

Такой способ называется экструдивным. Небольшой 3d принтер, который использует пластик, имеет в своей головке еще и нагреватель. Он размягчает (расплавляет) твердый пластиковый стержень, подаваемый на печатающую головку принтера. Далее на поверхности изготавливаемой детали он прилипает к предыдущему слою и застывает. И так слой за слоем.

Нагревание можно использовать и при выдавливании бетонной смеси или нагревать током выдавленный бетон, в состав которого входит токопроводящий графитовый порошок. Это позволяет сократить время застывания (схватывания), но при этом снижаются характеристики прочности бетона. При температуре ниже 10 гр.С увеличивается время схватывания и стекание смеси с поверхности.

Но обычно используют добавки, ускоряющие твердение бетона. В продаже их огромное количество, но надо выбирать те, которые используются для торкрет-бетона. Это позволит избежать стекание нанесенного слоя, так как застывание бетона происходит за несколько минут. Качественные и безопасные ускорители твердения получают на основе бесщелочных неорганических соединений — сульфатов и гидроксидов алюминия.

Из импортных можно назвать такие, как MEYCOSA, Delvo Grete (BASF), Sigunit (Sika), Mapequick (Mapei), MCBauchemie,

из отечественных — Реламикс Торкрет (Полипласт), Центрамент Рапид 640 и 650 (Эм-Си Баухеми), Т-Хим (Химмодификатор). Диапазон использования добавки — 2-8% от веса цемента.

Также можно вместо обычного портландцемента применить глиноземистый цемент, который даже без добавок значительно быстрее застывает и позволяет получить более прочную конструкцию. При этом он значительно дороже: 1 кг стоит от 20 до 35 руб.

Про ускорители твердения бетона уже упоминалось в статьях по изготовлению ваз для цветов и фонтана (см. тут и тут). Но при этом такая высокая скорость застывания бетона была не нужна, поэтому и использовался обычный недорогой ускоритель.

Как уменьшить оплывание цементной смеси

Несомненно строительный 3d принтер предназначен для того, чтобы увеличить производительность работы, которая будет зависеть от скорости его печати, которая в свою очередь будет зависеть от скорости застывания бетона. Но нельзя бесконечно усиливать действие добавки-ускорителя, так как возникает опасность ухудшения качества изделия.

Для уменьшения оплывания можно уменьшить вес бетонной массы, вводя в смесь диатомитовые шарики, используя вместо кварцевого горный песок или молотый керамзит. Также можно уменьшить толщину наносимого слоя.

Для увеличения прочности бетона (как при изготовлении ваз) желательно использовать золу и произвести армирование смеси введением полиэфирной фибры, базальтового или стекловолокна. Для уменьшения потерь водной составляющей (поскольку изделие не изолируется от окружающей среды) необходимо в состав смеси вводить эфиры целлюлозы.

Подводя итог, можно сказать, что практически все эти ингредиенты использовались как входящие в состав пластичного бетона при лепке ваз в предыдущих работах.

Для самоделкиных будет наверное интересно попробовать другой способ, имитирующий работу 3d принтера. Это выдавливание бетонной смеси с помощью клеевого пистолета. Скорость и массовость здесь не нужна. Использовать формы и арматуру — это одно, а обойтись без них — совсем другое дело. Этот метод надо будет обязательно проверить в новых работах и рассказать, что из этого получилось.

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Статья относится к принтерам:

Эта запись рассказывает с чего мы начинали, а начну с вводного слова: есть время, мощности, возможность. В итоге - результат.

Интерес к 3D печати возник давно, решили попробовать создать строительный 3D принтер своими силами, первые результаты ниже. Конечно, сейчас мы продвинулись в строительной 3d печати и изготовлении строительных 3D- принтеров гораздо дальше, но первый опыт - всегда бесценен.

Нашли в интернете фото лавочки, напечатанной англичанами из гипса. Решили для начала сделать что-нибудь такое же. После проектирования, бурной работы, споров, разногласий и прочей сопутствующей суеты приступили к созданию первого нашего строительного принтера - опытного образца, так сказать.

На Тайваньских деталях – направляющие, шаговые двигатели, электроника – собрали первый небольшой строительный 3D принтер 4 Х 6 метров.

Печатать гипсом оказалось просто, но как-то примитивно. Для нас совершенно не подходило по ряду причин:

Во-первых , лавочка должна стоять на улице, на зиму в помещение переставлять смысла нет – предполагаемый вес более 1,5 тн.

Во-вторых, раз собрали принтер – на лавочке явно не остановимся.

Поэтому: «…только дешёвый и прочный бетон!»

Приобрели дешёвый пескобетон М300 и стал пробовать.

Получилось плохо. При густой смеси колбаски не выдавливались, а при жидкой растекались. Не хватало пластичности.

Нашли штукатурную смесь с фиброволокном и минеральными добавками. После серии экспериментов остановились на подходящих пропорциях. Смесь получилась достаточно пластичной и прочной – способной выдержать 2 десятка слоёв при непрерывной печати.

На тот момент не стали заморачиваться с непрерывной подачей бетона. Сделали печатающую головку с бункером 30 дм3. При размере печатаемого слоя 1 х 3 см. заправки хватает на 100 метров стенки.

Приладить штукатурную машинку, в конце концов, для подачи бетона не составит труда.

Может не супер, но все-же первый опыт! Из остатков расходных материалов напечатали столик для полноты композиции.

Попробовали в эксплуатации. Посидели – холодно. Да и как то незавершённо. Тут уже отклонимся от основной мысли статьи, но все же – сделали из террасной доски сиденье, покрыли яхтным лаком и установили на бетонную конструкцию.

Вскоре напечатаем дом, фундамент уже готов, большой принтер собран, ждите отчет!

Также рекомендуем посмотреть базовые модели строительных 3D принтеров на нашем сайте в разделе строительные 3D принтеры.

Подпишитесь на автора

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

На сегодняшний день применение 3D-принтеров в строительстве не только активно практикуется, но и само оборудование постоянно модернизируется. Модернизация требует исследования, а исследование невозможно без экспериментов. Именно поэтому я задумал этот проект, который, как мне кажется, не только ускорит процесс развития, но и не потеряется в ветке эволюционного совершенствования всей технологии 3D-строительства.

Цели и задачи

Много лет работая с аддитивными технологиями, в частности, со строительными 3D-принтерами, я задумался об одном немаловажном практическом вопросе. Как создать на строительной площадке однотипные повторяющиеся элементы, сделанные по принципу послойного нанесения смеси с максимально низкой себестоимостью? Разработка подобной технологии позволила бы печатать опалубку и тем самым быстро создавать множество одинаковых объектов. Подобное решение могло бы минимизировать расходы при печати малых форм, опалубки и т.п., к примеру, при массовой застройке.

Уже изначально я понимал, что такая технология должна быть не только экономичной, но и более дешёвой, чем наиболее распространённый на данный момент способ. Как сейчас решается задача создания опалубки, колонн и других малых архитектурных форм? Самый дешёвый вариант – это отливка изделий в форму. Это выглядит так: готовим форму из деревянных досок, заливаем в неё бетон или цемент – смотря, что строим, ждём высыхания. После высыхания получаем готовую конструкцию: опалубку, балку, перекрытие, колонну и тому подобное. Просто, дёшево, но трудозатратно из-за невозможности многоразово использовать форму (ее необходимо собирать из досок снова), и медленно.

В результате эксперимента я хотел получить альтернативу, применив свой опыт аддитивных технологий. Осуществляя задуманное, я отталкивался от обратного: строительный принтер компании Апис Кор, в создании которого я принимал участие, являлся универсальным, призванным разнообразить архитектурный ландшафт за счёт возможности печатать объекты любых форм и размеров. Мне же в рамках исследования было необходимо создать узкоспециализированное оборудование, печатающее только по заранее заданной траектории, то есть один и тот же архитектурный элемент.

Претворяем идею в жизнь

Оговорюсь, что мой проект изначально был достаточно авантюрный по замыслу и нищенский по бюджету. Я решил опробовать собрать принтер, используя метод движения каретки по криволинейной траектории с использованием зубчатого зацепления, я имел в своём распоряжении лишь:

Станок лазерной резки
Токарный станок
Два шаговых мотора

Для теста я решил выбрать П-образную конструкцию с габаритами 1,5 Х 1,5 метра и высотой до 2 метров, что-то похожее на шахту лифта, или колонну, или другой элемент строительной конструкции.

Проектировка не заняла много времени. Быстро накидав концепт сборки в CAD, я принялся варить раму из алюминиевых профилей и труб.

Задуманная мной конструкция состояла из трёх узлов:

механизм подъема платформы,
сама платформа с рейкой с зубчатым зацеплением, которая базируется на раме,
каретка с двигателем и экструдером.

Механизм подъема

Чтобы не усложнять и не удорожать итоговую стоимость конструкции, я сварил простую пространственную раму из стальной трубы, которую нашел в цеху. Механизм подъема состоял из асинхронного двигатель мощностью 750 Вт, который вращал шкиф и наматывал тросик, присоединенный к платформе. Так как мощность двигателя была невысокой, ему не хватало момента чтобы поднять платформу весом около 70 кг, и пришлось добавить противовес – небольшой бетонный блок.

Самым сложным было выстроить правильную геометрию зубчатого зацепления. Так как траектория криволинейная, пришлось повозиться с реализацией. Платформу с зубчатым зацеплением я вырезал на станке лазерной резки из обычной стали, а раму делал уже по месту из алюминиевого профиля для облегчения конструкции.

С кареткой всё было чуть сложнее, так как нужно было решить несколько задач, учитывая сложное криволинейное движение: скомпоновать в один механизм ролики, которые катятся по рейке, зубчатое колесо с мотором, а также учесть возможность поворота экструдера вокруг своей оси. Для движения каретки я использовал асинхронный двигатель на 250 Вт.

Тесты экспериментального механизма

При первом же запуске я понял, что не учел расположение провода питания мотора, который движет каретку, с каждым слоем он всё туже наматывался на шланг. Проблема была успешно решена – я установил поворотный контактор, после чего продолжил тестирование.

Проводя исследование, я отметил, что портальная конструкция строительного 3D-принтера имеет важное достоинство: траектория не уходит с увеличением высоты отпечатанной конструкции. Поэтому я сосредоточился на непосредственном наблюдении за механизмом каретки.

Проведённые мной тесты были проведены несколько раз и дали устойчивый положительный результат.

Итоги эксперимента

В результате мне удалось:

Создать работающий механизм, выполняющий поставленную перед ним задачу – печатать структуру требуемой формы.
Уложиться в бюджет. На все работы было израсходовано порядка 50 тысяч рублей.

Учитывая вышесказанное, я сделал вывод, что предложенный мной механизм может стать достойной альтернативой существующей технологии отливки и найти себя при строительстве небольших объектов повторяющейся формы.

В целом я утвердился в мысли, что аддитивные технологии имеют большой потенциал для использования в различных сферах, в том числе, в строительстве. 3D-печать же, войдя в нашу жизнь, позволит значительно оптимизировать строительные процессы, ускорив их и значительно удешевив.

Инженер-конструктор Никита Жеребцов

Подпишитесь на автора

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

По большому счету, принтер печатает не бетоном, а водой, которую распределяет по цементно-песчаной смеси в соответствии с расположением модели. Знатокам технологии известен этот метод.

Ссылочка на данный проект на английском в конце поста.

Признаюсь честно, многие завсегдатаи и эксперты данного портала скатились в примитивный троллинг. Поэтому желание писать многабукаф у меня отсутствует. Кто действительно же заинтересовался - разберется.

Принтер работает, как станок ЧПУ с соответствующим софтом, указанным разработчиками.

Так же, дается подробное описание изготовления смеси для принтера.

Несколько деталей принтера изготавливаются из пластика путем 3д печати, стл присутствует. Для желающих заморочиться при создании корпуса с лазерной резкой по фанере выложены файлы для резки.

В целом - проект довольно прист в реализации. Энтузиастов он сильно не напряжет, поскольку каких-либо дорогостоящих комплектующих не применяется. В сравнении с обычным принтером, конечно.

Интересна ось z устройства. Поскольку вместо фрезера или экструдера на нее подвесили микрокапельницу для воды - она весьма легкая, что положительно отразится на скорости и качестве печати.

Строительные 3D принтеры – устройства, использующие технологию экструдирования (выдавливания строительной смеси), предназначенные для печати как малых, так и крупных архитектурных форм (в зависимости от модели и характеристик). Небольшой бюджетный 3D принтер позволяет возводить с уникальным дизайном приусадебные постройки, элементы зданий, заборы садовую мебель из бетона с высокой точностью и низкой себестоимостью.

Спрос на технологию 3D печати домов стремительно возрастает, поскольку ее использование позволяет значительно сократить сроки строительных работ и снизить себестоимость возводимых конструкций в несколько раз. По мнению многих специалистов, будущее за использованием строительных 3D принтеров, поэтому это оборудование может стать хорошей основой успешного бизнеса уже сегодня.

Использование строительного 3D-принтера S-6044 для собственного бизнеса

Для печати дома целиком требуются дорогостоящие широкоформатные 3D принтеры, для контроля над работой которых требуются специальные навыки. Модель S-6044 – отличная альтернатива, позволяющая создавать отдельные части конструкций объемом до 12 куб. м., например, декоративных элементов, которые сложно создать вручную.

Принтер S-6044 целесообразно использовать для производства декоративной уличной мебели. Например, себестоимость изготовления лавочек с уникальным архитектурным дизайном составит около 1,5 тыс. рублей, при этом их розничная стоимость превышает 5 тыс. рублей. Производительность S-6044 позволяет изготавливать около 15 единиц уличной мебели в сутки (в зависимости от сложности конфигурации):

Для начала бизнеса потребуется:

Покупка строительного 3D принтера. Стоимость модели S-6044 на данный момент составляет 960 тыс. рублей. Устройство может быть приобретено в лизинг.
Помещение для установки и эксплуатации 3D принтера с наличием водопровода.
Мешалка для приготовления строительной смеси.
Расходные материалы (цемент, песок, вода, специальные добавки).
Персонал (2 человека) для управления и обслуживания принтера.
Работники, имеющие опыт в сфере архитектурного дизайна, умеющие работать с программами для 3D моделирования.
Транспорт для доставки напечатанных элементов.

Модель недорогого строительного 3D-принтера АМТ S-6044

Для примера рассмотрим модель строительного принтера S-6044. Он предназначен для создания широкой номенклатуры малых архитектурных форм. Его используют для быстрого взведения небольших (до 13м 2 ) приусадебных построек, элементов зданий и создания изделий для благоустройства территорий, уличной мебели, железобетонных конструкций, заборов. Также модель применяется при строительстве больших объектов, производя составные части, которые впоследствии собираются как конструктор на строительной площадке.

Программное обеспечение для ЧПУ - ArtSoft Mach3:

«АМТ» S-6044 востребован на рынке, часто приобретается предпринимателями для создания или расширения строительного бизнеса.

Высокие эксплуатационный ресурс и отказоустойчивость. Это профессиональное цеховое оборудование с гарантийным сроком использования 12 месяцев.
Вариативность конструктивного исполнения: специальные креплений для установки на стены, устройства для приготовления рабочей смеси, питание от сетей 220 и 380 В.
Простота управления, наличие компьютера и специализированного ПО в комплекте.
Страна производитель – Россия. У начинающего предпринимателя не возникнет проблем с переводом руководства по эксплуатации, как в случае приобретения китайского оборудования.
Использование распространенных строительных смесей на основе цементов М400 и М500. Поддержка смесей с фиброволокнами и минеральными добавками.

Наименование	Описание и показатели
Назначение:	Печать элементов зданий, малых форм до 12,6 м 2 .
Тип привода:	Шаговые электродвигатели с цилиндрическими редукторами
Рабочая скорость:	9 м./мин.
Скорость позиционирования:	12 м./мин.
Точность позиционирования:	2 мм
Размер печатаемого слоя (в.ш.):	10 х 30 мм
Рабочая зона:	3,5Х3,6Х2,5 м.
Производительность в час:	0,6 куб.м.
Потребляемая мощность:	1,6 кВт
Масса:	870 кг

Несмотря на скромные показатели дистанций для рабочих зон при необходимости принтер можно модернизировать как показано на этом видео:

Используемые материалы для бетона в строительном 3D принтере

Основными материалами для строительства домов с использованием 3D принтеров являются бетон и пескобетон. Для облицовки могут применяться водостойкие виды гипса. Некоторые модели создают конструкции из смесей, в составе которых содержатся пластификаторы, фиброволокно, геополимеры.

Для получения более прочных конструкций выполняют армирование. Рабочие вручную устанавливают арматуру как горизонтально, так и вертикально. В последствии выполняется заливка пустот бетонной смесью.

В отличие от ручного строительства, экономия материалов может составлять до 50%.

Базовый принцип работы и особенности строительных 3D принтеров

Подобно другим 3D принтерам, строительные модели используют метод послойной печати. Они подают строительный материал из специальных сопел, постепенно реализуя конструкцию, которая была задана программой. Большинство современных устройств используют 3D модели, созданные в практически любой CAD-программе.

Печатаемая конструкция максимально соответствует 3D модели, на основе которой выполняется строительство. Любые недочеты и погрешности легко исправляются в процессе дальнейшей обработки. Строительные принтеры способны печатать пол, стены, перекрытия, элементы декора. Исключениями являются кровля, внутренняя и внешняя отделка, инженерные сети, которые выполняют вручную специалисты.

Технология 3D печати домов показала наибольшую эффективность при возведении строений сложной архитектурной формы. 3D принтеры позволяют воплотить в жизнь даже самые необычные и сложные дизайнерские идеи.

Перспективы развития бизнеса по 3D-печати бетонных тонкостенных изделий

Базовые расчеты и сведения, полученные от предпринимателей, которые уже используют технологию в собственном бизнесе, позволяют оценить прибыльность использования строительного 3D принтера как бизнес идеи:

Стоимость большого 3D принтера для строительства жилых одноэтажных домов – начинается от 20 000$ (в зависимости от модели).
Скорость строительства с учетом отделки, прокладки инженерных сетей составляет 1- 3 месяца.
Себестоимость строительства дома площадью 100 кв. м. в среднем составляет 3 000 долларов. Себестоимость готового дома (внешняя и внутренняя отделка, инженерные сети, меблировка) – от 8 000$ до 10 000$.
Чистая прибыль за месяц – от 4 000$.
Срок окупаемости бизнеса – 12-18 месяцев.

Строительство с использованием 3D принтеров – сфера, находящаяся в начальной стадии развития. Сложно предсказать, насколько прибыльным может оказаться такой вид бизнеса. Успех во многом будет зависеть от дизайнерских способностей, величины населенного пункта, востребованности продукции в выбранной нише и т. д. Очевидно, что строительные 3D принтеры будут совершенствоваться и повсеместно внедряться, поскольку они позволяют автоматизировать и ускорить процесс строительства, а также значительно снизить себестоимость построек. Однако пока неизвестно, смогут ли когда-либо эти устройства полностью заменить ручной труд, но первый шаг тенденции уже пройден.

Читайте также: