Druk 3D - szansa na niemożliwe?

Jak budować taniej i szybciej?

Inżynier Chuck Hull wynalazł pierwszą drukarkę 3D w 1984 roku.

drukarka 3D

Czym właściwie jest druk 3D?

Jest to proces drukowania addytywnego produktów trójwymiarowych. Element jest planowany w programie CAD, następnie informacja przesyłana jest do drukarki. Następnie obiekt drukowany jest w osobnych warstwach. Metodologia ta jest interesująca przy produkcji prototypów, modeli, narzędzi i prefabrykatów.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych procesów, nie ma już potrzeby stosowania skomplikowanych form ani wymiany form. Wiele kroków roboczych zostaje pominiętych. Możliwe są skomplikowane geometrie i mogą być produkowane seryjnie. Ogólnie rzecz biorąc, te zalety prowadzą do bardziej energooszczędnej produkcji.

Ta innowacja pozwala na wiele interesujących podejść. Oprócz tworzyw sztucznych i metali można również stosować glinki, woski lub żywice.

Dobrym przykładem jest samolot. Wyższa waga oznacza więcej nafty. Jednak dzięki drukowaniu 3D zakrzywione konstrukcje można wytwarzać znacznie łatwiej. Druk 3D znajduje również zastosowanie w medycynie, np. w przypadku pojedynczych protez. Przemysł posuwa się nawet do drukowania mięsa z białek roślinnych o konsystencji żucia prawdziwego mięsa.

Drukowane protezy z drukarki 3D

Produkcja na miejscu jest ważnym krokiem w druku 3D. Oszczędza to duże odległości, ponieważ przesyłane są tylko informacje cyfrowe.

Czy druk 3D można zastosować również w budownictwie? Czy to zrewolucjonizuje budownictwo?

W branży budowlanej druk 3D jest wciąż w powijakach. Nie można jeszcze przewidzieć, jak ten trend będzie się rozwijał w przyszłości.

Istnieją już bardziej zrównoważone alternatywy dla betonu, takie jak glina lub glina. W druku 3D, głównie płynny beton, układa się warstwami. Można to sobie wyobrazić jak tort z kremem, z przyciskiem jako workiem do szprycowania. Istnieje już kilka projektów w branży budowlanej, które powstały przy użyciu drukarki 3D. Krajami pionierskimi są Chiny, Emiraty (Dubaj) i USA.

W Niemczech nadal nie ma norm i standardów dotyczących druku 3D, a zatem niewiele jest drukowanych budynków. Jednak Politechnika Monachijska prowadzi badania nad tą innowacją od lat. W związku z tym w Niemczech wydano pozwolenie na budowę dwóch budynków wielokondygnacyjnych z nadrukiem.

Pierwszy dwupiętrowy dom wolnostojący powstał w Beckum, w Nadrenii Północnej-Westfalii. Łącznie trwa to 100 godzin drukowania.

W Wallenhausen w Bawarii powstała pierwsza trzypiętrowa kamienica ]] Wybudowano m² powierzchni mieszkalnej. Eksperci opracowali beton używany wyłącznie do druku 3D.

Kompozycja jest tutaj dużym wyzwaniem. Recepturę firmy nadal trzymają w tajemnicy. Beton musi spełniać następujące wymagania: Z jednej strony, podobnie jak beton świeży, powinien nadawać się do pompowania. Musi mieć dobry kształt, aby mógł przejść przez otwór dyszy. Mówi się, że kompozycja szybko wiąże, dzięki czemu konstrukcja nie ulegnie uszkodzeniu po nałożeniu nowej warstwy na ścieg. Z drugiej strony beton nie może twardnieć zbyt szybko, ponieważ w przeciwnym razie nie nastąpi wiązanie z dolnymi warstwami.

Po znalezieniu odpowiedniego składu dla betonu, drukarka 3D jest przykręcana do fundamentu. Firma Peri podjęła się tego zadania i opracowała drukarkę. Jest to system portalowy z różnymi modułami, które można konfigurować indywidualnie. Największa prędkość to jeden metr na sekundę. Aby jednak jednocześnie wykonywać prace ręczne, drukowanie odbywa się tylko z prędkością 25 centymetrów na sekundę, dlatego na jeden metr kwadratowy potrzeba około pięciu minut.

Dodatkowymi pracami są np. otwory okienne lub elektronika, np. gniazda. Nie ma wówczas drukowanych ciągłych ścian, np. o jednakowej szerokości 24 centymetrów, ale dwie oddzielne ścianki o szerokości od trzech do dziesięciu centymetrów, które tworzą pustą ścianę. Wnętrze nie jest całkowicie wypełnione betonem, ale uzupełnione materiałem izolacyjnym. Jest'lżejszy i zużywa mniej materiału.

Czy druk 3D zrewolucjonizuje branżę budowlaną?

Teoretycznie istnieje wiele zalet zastosowania druku 3D w budownictwie.

Druk 3D przeciwdziałałby niedoborowi wykwalifikowanych pracowników, ponieważ potrzeba znacznie mniej wykwalifikowanych pracowników. Jest mniej odpadów, ponieważ wykorzystywany jest tylko naprawdę potrzebny materiał. Każde wycięcie zaplanowane jest od początku.

Warto zauważyć, że możliwe jest również wykorzystanie produktów pochodzących z recyklingu. We Włoszech istnieje firma . Zamiast betonu zastosowano tu naturalne błoto. Jako domieszki wykorzystywane są produkty odpadowe z produkcji ryżu. W Amsterdamie powstał pomysł wydrukowania domu nad kanałem z bioplastiku. Ogólnie rzecz biorąc, druk 3D zmniejsza również zużycie energii, ponieważ pomija się wiele dróg transportu, na przykład surowców i pracowników.

Możliwe jest zastosowanie pojedynczych geometrii. W ten sposób nie można programować konwencjonalnych technologii, ponieważ nie jest wymagane deskowanie. Dlatego architekci mają więcej możliwości wyrażenia siebie.

Ale czy drukowanie 3D jest w ogóle możliwe?

Jednak nadal przeważają przeszkody związane z tą technologią. Ludzie muszą jeszcze zaakceptować domy drukowane w 3D. Wyglądają bardzo oryginalnie, z karbami na ścianach. Jeśli przyjrzeć się innym trendom, takim jak konstrukcja z prefabrykatów, może to zająć trochę czasu.

Technologia czasami osiąga swoje granice, ponieważ można zastosować tylko niektóre materiały. W USA reklamuje się produkcję domów w ciągu 24 godzin. Dotyczy to jednak tylko ścian, a nie innych instalacji, takich jak B. prace wewnętrzne. Konfiguracja i kalibracja drukarki zajmuje trochę czasu.

Drukarki 3D byłyby korzystne w obszarach kryzysowych. Po klęskach żywiołowych odbudowa mogłaby być szybsza i tańsza. Pomysł polega również na tym, że materiały budowlane na miejscu mogłyby być szybsze i tańsze w krajach rozwijających się. W krajach, w których toczy się wojna, można by szybko budować nowe budynki, aby ludzie nie musieli daleko uciekać i mogli pozostać w swojej ojczyźnie.

Istnieją jednak również inne przeszkody. Jak należy transportować drukarkę 3D? Czy na miejscu są w ogóle dostępne odpowiednie materiały?

Innym problemem jest to, że możliwe jest tworzenie tylko pionowych elementów konstrukcyjnych lub elementów wsporczych poddanych dotychczas ściskaniu. Wszędzie tam, gdzie występują siły zginające lub rozciągające, drukowanie elementów staje się trudne.

Czy druk 3D jest rzeczywiście tak zrównoważony, jak myślą jego zwolennicy? Podczas drukowania straty są zminimalizowane, ponieważ można dokładnie obliczyć, co jest potrzebne. Jednak do specjalnego ciśnienia potrzebne jest znacznie więcej cementu, którego produkcja powoduje znaczne emisje. Dla porównania, szkodliwe emisje są jeszcze gorsze niż w przypadku ruchu lotniczego. W przypadku betonu 3D zużywa się około dwa razy więcej cementu niż w przypadku konwencjonalnej blachy.

Wypadkowa

W przyszłości nie będzie można zrezygnować z betonu. Na przykład w przypadku dużych fundamentów i mostów ten wytrzymały materiał będzie musiał być użytkowany jeszcze dłużej. Zalety druku 3D są teoretycznie zrozumiałe, ale nie zostały wystarczająco udowodnione.

Można go oczywiście wykorzystać do przyspieszenia cyfryzacji w branży budowlanej. Jednakże, jeśli przyjrzymy się wyzwaniom, szybko staje się jasne, że te działania nadal muszą być rozpatrywane krytycznie. W przyszłości zmienią się materiały konstrukcyjne. Aby uniknąć kryzysu klimatycznego, należy stosować bardziej zrównoważone produkty, takie jak glina i drewno.

Pod znakiem zapytania stoi również wygląd druku 3D. Oczywiście jest to kwestia opinii, ale nie jest jasne, jak estetycznie będzie wyglądać konstrukcja za dziesięć lat.

Złożenie wiarygodnych zestawień jest trudne, ponieważ wszystko jest jeszcze w powijakach, a kosztorysy nie zostały jeszcze opublikowane. Doświadczenia z drukowanymi domami są po prostu niewystarczające.

Niemniej jednak rozwój trwa nadal i pozostaje ekscytujący. Być może w przyszłości w zakładzie produkcyjnym będą drukowane tylko pojedyncze części przeznaczone na plac budowy. Druk na Marsie to szczególnie ekscytująca innowacja. Naukowcy odkryli tam glinę, którą można wykorzystać również w druku 3D.

Drukowanie 3D na Marsie