3D spausdinimas. Ar kas nors pakeis betoną?

Rolandas Kažimėkas 2022 vasario 17 d.
3d spausdinimas namaiTik SA
WASP nuotr. ‎

Niekam ne paslaptis, kad pasitelkus 3D spausdinimą, įvairius pastato elementus galima pastatyti greičiau, pigiau ir efektyviau. 3D spausdintuvai statybose dirba nuo šio amžiaus pradžios, tačiau prognozuoto šios technologijos proveržio vis dar nėra – 3D spausdinimas netapo dominuojančia statybų aikštelių technologija.

Jei palygintume, kiek pastatų pastatoma tradiciniais metodais ir kiek atspausdinama 3D spausdintuvais, šios technologijos net nepavadinsi populiaria. Tačiau negalima tvirtinti, kad statybų sektoriuje į 3D spausdinimą jau numota ranka: generuojamos naujos idėjos, kuriama nauja sudėtingesnė ir kur kas našesnė 3D spausdinimo technika, ieškoma naujų ekologiškų medžiagų. Reikia paminėti, kad per paskutinį dešimtmetį 3D spausdinimo technika gerokai patobulėjo, o kartu ir atpigo, tad vis dažniau kalbama apie platesnį jos panaudojimą. Šiame straipsnyje pristatysiu kelis projektus parodančius, kad 3D spausdinimas gali atverti visiškai naujas architektūros ir statybos kryptis.

Nei daugiau, nei mažiau

Statybų sektoriuje 3D spausdinimas turi ne vieną privalumą. Vienas svarbiausių – statyba be atliekų. „Transparency Market Research Group“ duomenimis, iki 2025 m. viso pasaulio statybos pramonė generuos 2,2 mlrd. tonų statybinių atliekų. Nors didžioji dalis atliekų susidaro griaunant pastatus, nemažai atliekų susidaro ir pačiose statybvietėse.

Statybų metu 3D spausdinimo technologija atliekų kiekį gali sumažinti beveik iki nulio, nes 3D spausdintuvas naudoja tiek medžiagų, kiek reikia konkrečiai struktūrai atspausdinti – nei daugiau, nei mažiau. 3D spausdinimas supaprastina ir pagreitina statybos procesą, tačiau, naudojant šią technologiją, pagrindinė statybinė medžiaga vis dar yra betonas, o juk šiais laikais betonas kartu su iškastiniu kuru dažnai linksniuojamas kaip medžiaga, kurios tarši gamyba daug prisidėjo prie klimato kaitos.

Conteh

Vien tik Pasaulinės cemento ir betono asociacijos nariai – 40 didžiausių pasaulio gamintojų – atsakingi už maždaug 8 proc. viso pasaulyje išmetamo CO2. Todėl nenuostabu, kad inovatoriai 3D spausdinimo įrenginiams jau keli metai ieško naujų medžiagų, kurios būtų gerokai mažiau taršios nei betonas, vietoje išgaunamos, bei patenkintų visame pasaulyje didėjančią pigesnio, ekologiško būsto paklausą.

Vienas tokių inovatorių – Italijoje įsikūrusi, 3D spausdinimo technologijas kurianti WASP („World’s Advanced Saving Project“) grupė. Vienas šios grupės tikslų – statyti „nulinės emisijos“ namus, panaudojant netoli statybų aikštelės aptinkamas medžiagas bei mobilius ir mažai elektros energijos naudojančius 3D spausdintuvus.

Pirmasis projektas

2018 m., beveik po dešimties metų intensyvaus darbo ir mokslinių tyrimų, WASP sukurtas 3D spausdintuvas pastatė nedidelį eksperimentinį namuką „Gaia“. Pasak WASP specialistų, „Gaia“ yra itin efektyvus modulis tiek vertinant statybos ir eksploatacijos energijos sąnaudas, tiek patalpų mikroklimatą, beveik nedarantis poveikio aplinkai. Tokiam pastatui nereikia oro kondicionavimo sistemos, nes unikalios jo sienos (dėl panaudotų medžiagų bei banguotos struktūros) vasarą viduje palaiko komfortišką temperatūrą. Žiemos metu, šildymo sąnaudos irgi yra gerokai mažesnės, o šiltesniuose kraštuose šildymo apskritai nereikia.

Tecla 3d printed earth wall section by Crane WASP infill 1
3D spausdinamos sienos fragmentas. WASP nuotr.

Projektui „Gaia“ įgyvendinti WASP specialistai sukūrė mišinį, kurio 25 proc. sudarė šalia statybvietės paimtas gruntas (30 proc. molio, 40 proc. dumblo ir 30 proc. smėlio). Kitą mišinio dalį sudarė: 40 proc. susmulkinti ryžių šiaudai, 25 proc. ryžių lukštai ir 10 proc. hidraulinės kalkės. „Gaia“ buvo pirmasis 3D spausdintuvu pastatytas statinys, kurio statybai panaudotas toks originalus mišinys.

3D printed house Gaia WASP Italy photo3 WEB 1
Šio namo sienos buvo spausdinamos „Crane WASP“ spausdintuvu, darbai užtruko 10 dienų. WASP nuotr.

„Gaia“ sienos pasižymi natūraliu vėdinimu, garso ir šilumos izoliacija – viskas viename sprendime. Žiūrint iš viršaus, į skerspjūvį, atrodo, kad 40 cm storio siena yra tarsi supinta. Tai užtikrina reikiamą sienų tvirtumą. Tokios konstrukcijos sieną nesunku pastatyti naudojant 3D spausdinimo technologijas, leidžiančias suformuoti sudėtingas geometrijas, bet labai sunku tai atlikti naudojant tradicinius statybos metodus. Beje, sienoms panaudotų medžiagų kaina siekė 900 eurų. „Gaia“ buvo pirmasis projektas parodęs naujų medžiagų potencialą.

Technologijos + molis = namas

2021 m. balandį Italijos architektų bendrovė „Mario Cucinella Architects“ ir WASP realizavo kur kas ambicingesnį projektą – netoli Ravenos (Italija) pastatė originalų gyvenamąjį namą „Tecla“. Šio projekto autoriai teigia, kad šiandien labai reikia tokios architektūros ir miestų plėtros idėjos, kurioje naujausiomis statybos technologijomis būtų siekiama įgyvendinti „empatiškos architektūros“ koncepciją. Todėl „Tecla“ buvo projektuojamas ir statomas kaip visapusiškai ekologiškas namas ir, reikia pasakyti, šis projektas tikrai traukia žvilgsnį.

„Esame įsitikinę, kad 3D spausdinimas leidžia kurti „žaliąją“ architektūrą. Modernia technologija atspausdintas „Tecla“ namas tarsi nutiesia tiltą į praeitį, iš naujo atranda gamtą ir glaudžiai su ja bendradarbiauja“

„Mario Cucinella Architects“ įkūrėjas Mario Cucinella

Pagrindinė projekto idėja yra ta, kad tokius namus galima statyti visame pasaulyje, panaudojant įvairų vietinį gruntą, dėl ko būstas taptų ne tik ekologiškas, bet ir įperkamas.

„Tecla“ namą pavyko pastatyti vos per 200 valandų. Namą statė dviejų 3D spausdintuvų „Crane WASP“ sistema, kuriai bendrovės specialistai sukūrė specialią programą, užtikrinančią sklandų abiejų spausdintuvų manipuliatorių darbą. Abu manipuliatoriai dirba vienu metu ir aptarnauja 50 m2 plotą.

Stiprų ryšį tarp praeities ir ateities simbolizuojantį, laikui nepavaldžių senovinių būstų aurą su XXI a. technologijomis susiejusį namą „Tecla“ sudaro du sujungti kupolai, kuriuose įrengti svetainė, miegamasis, virtuvė, vonios patalpa. Mišinys, iš kurio pagamintos šio namo sienos, greičiausiai panašus į tą, kuris naudotas „Gaia“ statybai, tačiau šį kartą konkreti jo sudėtis nenurodoma, akcentuojant, kad pagrindą sudaro molis ir nurodant iš kur jis yra atvežtas. Pažymima ir tai, kad nugriovus tokį namą, visos medžiagos gali būti 100 proc. pakartotinai panaudotos kitų namų statybai.

„Tecla“ sienas sudaro 350 spausdintuvu atspausdintų molio sluoksnių. Banguota ir tartum supinta sienų forma konstrukcijai užtikrina ne tik didesnį tvirtumą, bet ir didesnė akustinę ir šilumos izoliaciją. „Tecla“ naudingas plotas – 60 m2, o aukštis – 4,2 m. Stogo šis namas neturi, o sienose langų nėra, tačiau kiekvieno kupolo viršuje sumontuota didelis langas pro kurį į namą patenka daug šviesos. Nemažai šviesos patenka ir pro įstiklintą lancetinės arkos formos įėjimą.

„Tecla“ labai gerai atskleidžia dar vieną 3D spausdintuvų privalumą – mažesnį energijos poreikį.

3D spausdinimas statybose skatina naudoti vietoje prieinamas medžiagas ir natūralius komponentus. Taikant tokią praktiką galima sumažinti transportavimo, medžiagų gamybos, montavimo, statybos energijos sąnaudas, be to tradicines medžiagas su toksiškomis cheminėmis priemaišomis pakeisti natūraliomis vietinėmis, kurios dažnai puikiai tinka vietos klimato sąlygoms ir gali sumažinti pastato šildymo ar vėsinimo išlaidas, o tai taip pat sumažinti ir pastato kainą.

Parduotuvės Dubajuje

2021 m. gale WASP realizavo dar vieną projektą – iš dviejų cilindro formos modulių sudarytą unikalią, Dubajaus paplūdimyje įrengtą „Dior“ instaliaciją. Šios modernios erdvės buvo irgi buvo sukurtos iš natūralių vietoje randamų medžiagų – molio, smėlio ir neapdorotų natūralių pluoštų.

Ši instaliacija, jos sienų dekoras puikiai parodo, kad 3D spausdintuvai gali realizuoti neįprastas dizaino formas. Galimybė kurti sudėtingus ir unikalius dizainus – irgi viena patraukliausių 3D spausdintuvų savybių. Kadangi 3D spausdintuvai medžiagą užneša sluoksniais, juos galima užprogramuoti taip, kad jie sukurtų bet kokią neįprastą formą, kurią vargu ar būtų įmanome realizuoti tradiciniais būdais.

Kita medalio pusė?

Nors 3D spausdintuvas gali veikti 24 valandas per parą, 7 dienas per savaitę, jam nereikia pastolių, jis darbą padaro greičiau ir gali naudoti ekologiškas medžiagas, vis tik reikia atkreipti dėmesį į keletą šios technologijos trūkumų, kurie tikrai stabdo plėtrą. Vienas iš jų – ilgai trunkantys ir brangiai kainuojantys moksliniai tyrimai, kurių reikia tam, kad galima būtų efektyviai pradėti naudoti naujas, saugias, reglamentų kriterijus atitinkančias medžiagas.

Kitas labai svarbus dalykas – vartotojų požiūris. Įspūdinga 3D spausdintuvu sukurta infrastruktūra dažnai žavi, bet ar tikrai dauguma žmonių nori gyventi ar dirbti tokioje vietoje, kokią iš ekologiškų vietinių medžiagų pastatė 3D spausdintuvas? Tradicinės statybos namai vis dar yra daug geriau žinomi ir patrauklesni. Pavyzdžiui, ar kas nors norės gyventi name, kurio sienos atspausdintos ir perdirbto plastiko (yra ir tokių bandymų)? Ar kas jau gali pasakyti, koks tokias sienas turinčio namo mikroklimatas?

Trečia, 3D spausdintuvais galima kurti unikalius ir įdomius dizainus, tačiau ne taip lengva pastate integruoti kitokias medžiagas ar elementus, kurie nėra tinkami 3D spausdinimui.

Dar dvi didelės kliūtys yra statybos kokybės kontrolė, kai darbai atliekami 3D spausdintuvu, ir reikalingų standartų ir taisyklių trūkumas. 3D spausdinimas nuolat minimas žiniasklaidoje, bet jo įtaka statybų sektoriui nėra didelė. Yra ir nemažai su šia technologija susijusių neaiškumų, ir jie egzistuos tol, kol ši sritis neturės savo normų, standartų ir reglamentų. Trūksta informacijos apie 3D spausdintuvais pastatytų namų ilgaamžiškumą ir atsparumą atmosferos poveikiui.

3D spausdinimas greičiausiai netaps pagrindine statybos pramonės sritimi, bet jis gali išryškinti naujas koncepcijas, klimatui neutralias ir tvarias idėjas.

kranas

Svarbiausios statybų, NT, inžinerijos naujienos – nepraleiskite!

Komentarai