Архитектура - это и процесс, и продукт планирования, проектирования и строительства физических структур. Хороший архитектор часто может превратить обычное пространство в эстетически превосходный и практичный дизайн. Несколько лет назад сектор архитектуры и дизайна начал экспериментировать с технологиями 3D-печати: например, в 2015 году крупнейший архитектурный павильон, напечатанный на 3D-принтере, открылся для Beijing Design Week. Сегодня аддитивно изготовленные конструкции больше не вызывают шока. Для инновационных дизайнерских и строительных студий стало почти обычным делом владеть настольным решением для создания 3D-моделей своих проектов. Кроме того, быстро растущее число компаний по всему миру предпочитает включать аддитивное производство в свои производственные процессы, пересматривая свою бизнес-модель в отношении 3D-печати.

 

 

Итак, как именно 3D-печать приносит пользу архитектурным и дизайнерским компаниям? Каковы различные применения этой передовой технологии в этом секторе? Мы решили более внимательно изучить текущее внедрение, чтобы понять, почему компании предпочитают интегрировать 3D-печать в архитектуру и как они ею управляют.

 

Каковы преимущества использования 3D-печати в архитектуре? 

 

Если бы эти новые методы не предлагали преимуществ по сравнению с традиционными методами, вероятно, не было бы особых причин для интеграции технологии в архитектуру. Действительно, преимущества 3D-печати в архитектуре и дизайне во многом схожи с преимуществами в строительном секторе. Хосе Агилар, соучредитель и генеральный директор студии māk из Техаса, рассказал нам больше о пользе аддитивных технологий:

«Я использую 3D-печать с 2008 года и довольно быстро увидел преимущества этой технологии в архитектурных областях дизайна и строительства. Разработка программного обеспечения для архитектуры, строительства и мебельной промышленности всегда намного опережала реальную способность обрабатывающей промышленности создавать очень сложные геометрические конструкции. Это в основном связано с тем, что традиционные методы изготовления основаны на преобразовании трехмерных объектов в двухмерные чертежи, которые используются для изготовления, а также на трудозатратах, связанных с сборкой этих частей. 3D-печать обходит этот обширный процесс, а современные технологии позволяют печатать практически прямо с трехмерного объекта. Это дает огромные преимущества, такие как сокращение времени в CAM Design, точное время печати при моделировании изготовления, а печатный объект и любые другие его компоненты в конечном итоге более надежны и имеют большую структурную целостност », - говорит Хосе Агилар.

 

Свобода дизайна и сложная геометрия

 

Несомненно, самым большим преимуществом применения 3D-печати в архитектурных проектах является свобода дизайна, поскольку формы, которые ранее невозможно было представить, теперь стали возможными и даже простыми в изготовлении. Другими словами, с большей свободой дизайна появляется возможность создавать новые сложные геометрические формы. Кроме того, теперь компании могут проводить исследования в области дизайна: «Используя 3D-принтер, мы можем распечатать множество различных вариантов дизайна», - комментирует Bercy Chen Studio, архитектурная фирма из США. «Вместо того, чтобы отображать дизайн только на экране, 3D-модели помогают нам лучше видеть наш дизайн и дают нам возможность изучить лучшие варианты», кроме того, выполнение нескольких итераций является экономически эффективным.

 

Когда XtreeE 3D напечатал три уникальных бетонных скамейки с тканым рисунком, компания использовала 6-осевую роботизированную руку для аддитивного производства, чтобы создать сложную конструкцию. Робот может укладывать слои материала, двигаясь определенным образом, создавая тканый узор. Это очень сложная геометрия, которую можно получить с помощью классической пресс-формы, которая была бы значительно дороже. Таким образом, технология 3D-печати предоставила производителям больше свободы для усложнения модели.

 

Экологическая безопасность

 

Были некоторые споры относительно того, действительно ли аддитивное производство более экологически чистое, чем другие методы производства. Но даже если некоторые материалы для 3D-печати действительно не являются «зелеными», все же есть несколько способов, благодаря которым 3D-печать оказывается более устойчивой, чем большинство других традиционных методов строительства. Согласно XTreeE, устойчивость проявляется в снижении расхода материалов, учитываемого либо в самом продукте, сниженном благодаря геометрической оптимизации, либо в различных отходах, связанных с производством, например опалубке. «Мы верим в парадигму сборных сборных роботов, которая помогает создавать высококачественные элементы с новыми характеристиками и меньшим воздействием. Следует упомянуть важное преимущество - это огромное сокращение операций на месте, что обеспечивает эффективность и безопасность».

 

Согласно Studio RAP, вклад 3D-печати в безопасность очевиден, поскольку она явно сводит к минимуму использование ограниченных ресурсов. Кроме того, эта технология обеспечивает децентрализованное производство по требованию без потребности в складских запасах и (межконтинентальном) транспорте, тем самым сводя к минимуму углеродное воздействие.

 

Персонализация

 

Возможность предлагать продукты с широкими возможностями настройки стала ключом к сохранению конкурентоспособности. Опять же, сложно добиться индивидуальной настройки с помощью традиционных методов, когда каждая пресс-форма должна создавать большое количество продуктов, чтобы оправдать первоначальные затраты. Хосе Агилар объясняет: «Важным фактором для нашей конкурентоспособности в этой отрасли является возможность индивидуальной настройки, которую мы можем дать нашим клиентам. Наши клиенты всегда ищут готовые продукты, но они, естественно, хотят и нуждаются в том, чтобы они были персонализированы в соответствии с их конкретными требованиями. Этого сложно добиться с помощью традиционных методов изготовления, но с помощью 3D-печати вы можете предложить индивидуальную настройку и не проводить НИОКР каждый раз, когда клиент хочет изменений».

 

Применение 3D-технологий в архитектуре

 

С преимуществами аддитивных технологий связаны их приложения, и в архитектуре замечательно то, что она охватывает широкий спектр проектов и приложений, от городского планирования до дизайна интерьера. Что касается процесса создания, вот некоторые из основных приложений, в которых используются 3D-технологии:

 

Цифровое 3D моделирование

 

3D-моделирование является ключевым этапом в рабочем процессе 3D-печати, и разнообразие программного обеспечения для 3D-моделирования, доступного на рынке, продолжало расти в последние несколько лет. Моделирование можно использовать для проектирования прототипов детали, реальных конструкций или масштабных моделей проекта. Некоторые компании предпочитают использовать несколько различных программ для достижения наилучших результатов. Ромен Дубалле, соучредитель французской строительной компании XtreeE, сказал: «Мы используем различное программное обеспечение, конечно, Rhino и Grasshopper, некоторое программное обеспечение Autodesk, некоторое программное обеспечение для физического анализа и оптимизации. Для конкретных приложений мы пишем собственные программы, это помогает нам создавать более сложную геометрию, с одной стороны, и легко управлять производством, с другой». После рендеринга цифрового файла дизайнеры обычно поручают инженерам начать 3D-печать прототипа.

 

 

Прототипирование

 

Создание прототипов чрезвычайно важно в архитектуре, и это этап, на который технологии 3D-печати наиболее сильно влияют. Раньше создание картонных 3D-моделей занимало много времени и было трудоемким, в то время как 2D-версии были не столь полезны. Сегодня 3D-печать позволяет создавать качественные трехмерные прототипы, значительно сокращая время и усилия. Благодаря универсальности 3D-принтеров вы можете создавать простые и сложные модели зданий или конструкций за часы, а не за недели или даже месяцы! Когда у вас есть модель, вы можете начинать обсуждения с клиентами, что, в свою очередь, экономит время и деньги, снижает риск дорогостоящих ошибок и ускоряет весь процесс согласования дизайна.

Студия māk, базирующаяся в Соединенных Штатах, специализируется на разработке и производстве сложных архитектурных элементов и коммерческой мебели для интерьеров в сфере дизайна и строительства. Архитектурная студия из Техаса быстро поняла, что 3D-печать идеально подходит для создания прототипов и тестирования концептуальных моделей. Сегодня компания использует свой 3D-принтер Gigabot для прототипирования начальных этапов почти всех своих проектов.

 

«Не так давно мы спроектировали стойку администратора сложной геометрии. После того, как у нас был дизайн, мы напечатали на 3D-принтере несколько небольших версий, которые затем были переданы некоторым из наших текущих клиентов для получения их отзывов. Небольшой тест продукта помогает нам найти правильное соответствие рынку, прежде чем мы начнем крупномасштабные проекты. Некоторые заказчики даже просили нас создать для их проектов полный размер! Таким образом, нам не пришлось тратить слишком много времени на исследования и разработки, и мы собираемся выпустить это как продукт на рынок», - говорит соучредитель и генеральный директор Хосе Агилар. Чтобы узнать больше о процессе, используемом компанией, вы можете посмотреть видео ниже, в котором дизайнеры рассказывают о пользовательской стене, которую они создали для re:3D.

 

 

Городская Инфраструктура

 

3D-печать революционизирует городское планирование во многих отношениях. Во-первых, у архитекторов есть возможность напечатать на 3D-принтере модель целого города или города. Это то, что можно сделать за несколько часов при наличии подходящего оборудования и материалов для печати. Но еще более интересны реальные проекты, которые либо завершены, либо находятся в стадии реализации. 3D-печать в городской инфраструктуре  часто является результатом сотрудничества между архитектурной фирмой, занимающейся 3D-печатью, и городом или правительством, хотя это также может быть коммерческий проект. Конструкции обычно варьируются от 3D-печатных мостов до декоративных фасадов зданий и остановок транспорта.

Студия RAP, базирующаяся в Нидерландах, работает над несколькими архитектурными проектами, напечатанными на 3D-принтере, включая остановку водного такси в Роттердаме, которая в настоящее время строится и будет напечатана на 3D-принтере из бетона. Имея в качестве клиента муниципалитет Роттердама, компания разработала параметрически спроектированную остановку водного такси с применением современной технологии печати на бетоне. Соучредитель, Вессель ван Беерендонк, объясняет: «Конструкция состоит из двух пересекающихся (переплетенных) поверхностей, которые направляют тросы постнатяжения вдоль конструкции. Шесть бетонных отпечатков будут уложены друг на друга, чтобы обеспечить консоль высотой 3,5 метра».

 

3D-сканирование в архитектуре

 

Градостроители часто общаются с другими профессионалами, такими как инженеры и архитекторы, для создания или улучшения городов. При этом они часто предоставляют измерения физических объектов, например, пристройки к зданию. Однако неточные измерения могут замедлить строительство, что приведет к ошибкам, из-за которых проект выходит за рамки бюджета. К счастью, лазерное 3D-сканирование - это более быстрый и точный способ измерения размеров по сравнению с традиционными методами. Хорошим примером может служить реконструкция Центрального вокзала Мичигана компанией Ford Motor Co. Стремясь обеспечить историческую точность дизайна культового здания, производственный гигант использовал лазерные 3D-сканеры Creaform для создания точных 3D-моделей различных элементов станции, что позволило подрядчикам провести ремонт и копирование сложных конструкций.

В 3D-сканере Creaform используется 15 лазерных перекрестий, которые фиксируют форму любого физического объекта. Он измеряет мелкие детали, вплоть до толщины человеческого волоса, и фиксирует произвольные формы для создания цифровых сеток. Этот тип сканирования предназначен для контурных поверхностей и сложных геометрических фигур, которые требуют больших объемов данных для точной обработки. В целом, 3D-сканирование делает проекты реставрации более точными, экономит время и позволяет проводить измерения, которые иначе было бы невозможно получить.

 

Материалы

 

Какие материалы наиболее популярны у архитекторов и дизайнеров-новаторов, создающих свои изделия с помощью 3D-печати? Первое, что приходит на ум, - это бетон, поскольку это действительно наиболее широко используемый строительный материал как для обычного, так и для аддитивного производства. Естественно, этот материал постоянно модифицируется или усиливается почти каждой строительной компанией, которая его использует, поэтому редко можно увидеть, чтобы два производителя экструдировали один и тот же тип бетона на своих машинах. Еще одним популярным материалом для 3D-печати в архитектуре будет керамика. Например, для одного из своих проектов Studio RAP печатает на 3D-принтере 4000 керамических плиток для украшения жилого дома. Керамическая плитка переосмысливает всемирно известные декоративные качества голландского фарфора Delft Blue.

Для предметов интерьера есть, конечно, пластик. Однако среди менее популярных, но, пожалуй, более уникальных материалов для 3D-печати является дерево. Нечасто мы сталкиваемся с компанией, которая использует дерево в качестве основного материала для 3D-печати, но Forust Corp. является одним из них. Эта американская компания выполняет 3D-печать с использованием опилок, побочного продукта производства мебели, для создания красивых функциональных объектов для интерьеров зданий. Они продемонстрировали 3D-печать с деревянным подтверждением концепции, а недавно смогли использовать текстуру и цветовое отображение для воссоздания реалистичного внешнего вида древесины на объектах, сделанных из опилок.

 

Насколько просто компаниям внедрить 3D-печать в свой рабочий процесс?

 

«Это было легко!», - утверждает Джесси Хо из Bercy Chen Studio. Архитектурная фирма, штаб-квартира которой находится в Остине, штат Техас, и офисы в Тайбэе и Мехико, уже 5 лет использует Ultimaker 2 и 3 для 3D-печати моделей для своих проектов. «Мы можем использовать знакомое нам программное обеспечение (Sketchup, Rhino, Revit) для моделирования проекта, а затем просто экспортировать его в Cura для 3D-печати. Есть несколько советов по настройке при экспорте файлов, которые нам необходимо изучить, но всю информацию можно легко найти в Интернете! »

 

Некоторые компании обучают пару сотрудников отвечать за 3D-принтеры, в то время как другие поощряют каждого члена команды научиться управлять машинами AM. «У нас есть команда дизайнеров и производителей, поэтому практически все знают, как работать с 3D-принтером, что является необходимостью, поскольку мы всегда создаем прототипы, и чем больше членов команды могут помочь с этим, тем лучше», - говорит генеральный директор māk студия.

 

Две основные проблемы при внедрении 3D-печати для архитектурной компании - это техническая сторона работы AM-машины, а также оптимизация параметров для определенных материалов. На вопрос о проблемах, с которыми пришлось столкнуться во время внедрения технологии, Bercy Chen Studio ответила, что «в основном технические проблемы, такие как блокировка головки сопла, выравнивание пластины, настройка параметров различных материалов», которые они научились решать со временем. Агилар рассказал нам о схожих проблемах: с ним столкнулась студия māk: «Вначале у нас было довольно много ошибок, но они были связаны скорее с техническими проблемами с принтером, которые у нас были в то время, чем с отдельными людьми, которые программировали и запускали машина. С нашим нынешним 3D-принтером (Gigabot) мы получаем гораздо более точные отпечатки».

 

 

3D-печать - будущее архитектуры и дизайна?

 

Соучредитель Studio RAP Вессель ван Бирендонк считает, что 3D-печать внесет свой вклад в революцию в способах проектирования, строительства, обслуживания и повторного использования зданий. «Эта технология - одно из последних недостающих звеньев для создания полной цифровой цепочки поставок в строительной отрасли. Помимо эффективности и свободы проектирования, существуют также социальные преимущества, которые способствуют созданию равных условий, в которых компании и отдельные лица по всему миру могут и будут вносить свой вклад в проектирование и создание зданий, которые производятся на месте. Это открывает возможности для устойчивого и инклюзивного роста по всему миру. Он привносит новую эстетику, позволяет нам переосмыслить архитектурную профессию, позицию, которую мы занимаем в процессе строительства, и наши бизнес-модели». Преимущества этой технологии очень разнообразны, ясно одно: у нее есть все, что нужно, чтобы изменить наш образ жизни!

 

 

Источник: https://www.3dnatives.com/en/3d-printing-in-architecture-121120204/#!