Лаборатория аддитивных технологий строительного производства КГАСУ — единственное место в Татарстане, где проводят комплексные исследования строительной 3D-печати. Аддитивные технологии — это передовой подход в строительстве, который предполагает послойное «наращивание» объекта с помощью 3D-печати.
В декабре 2020 года исследователи издали учебно-методическое пособие, в котором собрали всё, что нужно знать, чтобы сделать 3D-модель, приготовить смесь, проверить эту смесь и напечатать изделие.
«Это мировой тренд, который мы уловили. Почувствовали, что надо двигаться в этом направлении, и была создана лаборатория аддитивных технологий. Среди строительных вузов России все на уровне поиска и теории, а у нас редкий случай» - говорит проректор КГАСУ по научно-исследовательской работе Евгений Вдовин.
«Чертим модель в одной программе, нарезаем ее во второй программе на слои и в третьей программе управляем принтером. Принтер отрабатывает с необходимой скоростью модель, делает необходимые технические перерывы» - кандидат технических наук Рустем Мухаметрахимов.
55 минут и 1,6 тыс. рублей: исследователи распечатали лавочку на 3D-принтере. Глобальная идея ученых — внедрить новые технологии в строительство. Они решили начать с малого и напечатали несколько моделей лавочек на 3D-принтере, которые потом запатентовали.
«Основная цель — внедрить эти технологии в практику; выполнять научные исследования, чтобы эти технологии развивались и позволяли печатать не только лавочки, а элементы зданий и сооружений» - кандидат технических наук Рустем Мухаметрахимов.
Напечатанные на 3D-принтере лавочки уже существовали в мире, но казанская разработка представляет собой улучшенную версию зарубежных аналогов.
Уникальность заключается в конструкции и геометрии лавочки. Ученые выбрали именно такую форму, чтобы показать, что можно печатать сложные, криволинейные конструкции без опалубки — заранее подготовленного каркаса для заливки. Исследователи запатентовали 11 моделей лавочек, среди которых C-, S- и O-образные формы.
«Это оптимальное сочетание красоты, эстетики, дизайна и новых технологий. Чтобы эту красоту сделать максимально быстро и дешево, не требуется какой-то оснастки, опалубки, каких-то форм» - кандидат технических наук Рустем Мухаметрахимов.
Одна такая лавочка стоит около 1,6 тыс. рублей. Печать занимает примерно 55-60 минут. Далее изделие затвердевает в течение двух недель. Несомненный плюс, что можно печатать сразу несколько лавочек.
Однако лавочка — это лишь начальный этап работы в этом направлении и самая малая часть того, чем занимается лаборатория. Главная цель — строить целые здания по-новому.
«Наша задача не поставить 300 скамеек, наша задача — разработать технологию, чтобы она была промышленно внедрена, массово применялась и приносила пользу. Малые архитектурные формы — это десятая часть от тех задач, которые ставятся перед нами. Задача — строить дома» - проректор КГАСУ по научно-исследовательской работе Евгений Вдовин.
Помимо конструкции уникальность разработки — в используемых материалах. Обычный бетон не подходит для 3D-принтера, так как он растекается при печати, а в итоге изделие содержит неровности и разрывы.
«Первый раз мы печатали с обычной смесью, технологические свойства которой не адаптированы под 3D-печать, поэтому где-то разрушилось, где-то получилось неровно» -
кандидат технических наук Рустем Мухаметрахимов.
Создание бетонных смесей для 3D-печати — это основное направление работы лаборатории на сегодняшний день. Главная сложность в том, чтобы, с одной стороны, материал тек, а с другой — держал форму, а итоговое изделие устойчиво стояло.
«Наши исследования — это разработка составов мелкозернистых бетонов для 3D-печати. Главные задачи — прочность, долговечность и, самое главное, формуемость» - кандидат технических наук Рустем Мухаметрахимов.
Исследователи разрабатывают составы для бетонных смесей, уделяя отдельное внимание тому, как их применять в климатических условиях России. Все разработанные материалы проходят тепловую и влажностную обработку, а также набирают прочность.
После окончания разработки составов смесей для печати исследователи планируют увеличить количество изделий, которые можно напечатать на 3D-принтере.В перспективе аддитивные технологии можно будет применять при сборке целого здания или в реставрационных работах.
Исследователи готовы содействовать предприятиям, заинтересованным в производстве запатентованных моделей, и оказывать им научное сопровождение. Они намерены продолжать разработки в интересах города и всей республики.