V zadnjih letih je vloga aditivne proizvodnje v gradbeni industriji vedno bolj pomembna. zlasti 3D-tiskalniki za beton nenehno pridobivajo na popularnosti med arhitekti in gradbenimi podjetji. Za vodo, je beton najpogosteje uporabljena snov na svetu. Beton je sestavljen material, ki ga sestavljajo voda, cementne spojine in agregati (drobni in grobi delci peska, gramoza, drobljenega kamna in podobnih snovi), ki jih je v izobilju. Kot takšen je beton poceni in s tem zelo priljubljen material.
Vendar pa so 3D-tiskalniki za beton sami dragi. Stroji, zasnovani za gradnjo, imajo običajno ceno od okoli 180 tisoč do več kot milijona dolarjev. Kljub temu ima uporaba 3D-tiskalnika za beton več prednosti, kot tradicionalne proizvodne metode. Je hitrejši, cenejši, varnejši in učinkovitejši. Betonski 3D-tiskalnik ne ustvarja le minimalnih odpadkov, temveč tudi znatno zmanjša število aktivnih udeležencev, potrebnih na kraju samem, in dolžino dobavnih verig. Poleg tega lahko z uporabo 3D-tiskalnika za beton gradnjo dokončamo z bistveno večjo stopnjo odpornosti in geometrijske zapletenosti.
Standardni betonski 3D-tiskalnik deluje zelo podobno kot standardni FDM tiskalnik. To je predvsem zato, ker obe tehnologiji temeljita na ekstrudiranju materiala. Procesa sta zelo podobna: najprej se ustvari digitalni 3D-model s pomočjo programske opreme za 3D-modeliranje; model se nato razreže in prevede v G-kodo; G-koda nato vodi tiskalno glavo, ki v plasteh odlaga material, dovajan iz mešalnika cementa, dokler ni izdelan končni kos. Tipičen betonski 3D-tiskalnik je zasnovan za aditivno proizvodnjo delov z ekstrudiranjem materiala, sestavljen iz robotske roke z enim koncem, pritrjenim na tiskalno glavo, drugi pa na mostni ali z žerjavom podobnemu sistemu robotske roke. Glede na vrsto betonskega 3D-tiskalnika se njegova zasnova, sposobnost in postopek razlikujejo. Vsak ima različne prednosti in slabosti, odvisno od želene aplikacije. Obseg izdelave, ločljivost tiska, praktičnost in učinkovitost 3D-tiskalnika za beton se razlikujejo glede na njegov sistem, tehnologijo, proizvajalca in predvidene aplikacije.
Mostni betonski 3D-tiskalnik
Izraz mostni tiskalnik izvira iz, nosilca ki podpira tiskalnik. Čeprav je tovrstni betonski 3D-tiskalnik priljubljena izbira za komercialne gradbene projekte, se le redko uporablja za manjše projekte, predvsem zaradi ogromne velikosti in s tem povezane omejene prenosljivosti ter tehničnega truda, potrebnega za njegovo postavitev in demontažo. Ta vrsta betonskih 3D-tiskalnikov običajno deluje na kartezičnem koordinacijskem sistemu, sestavljenem iz osi x, y in z. Te osi določajo tirnice in nosilne konstrukcije. Os x ustreza dolžini tirnic, ki tiskalnik premikajo naprej in nazaj, os y pa dolžini tirnice, ki nosi tiskalno glavo in povezuje stebre, ki so nato opredeljeni z osjo in premikajte se gor in dol.
Tako na primer deluje ICON-ov 3D-tiskalnik Vulcan II. Z obsegom izdelave 260 x 850 x 260 cm in težo približno 1,7 tone, je tiskalnik visok približno 2,5 metra in širok 8,5 metra. Stroj uporablja izključno ICON-ov zaščiten betonski material Lavacrete. Kot večina velikih betonskih 3D-tiskalnikov je tudi sam Vulcan II drag, nekaj manj kot 250.000 dolarjev. Kljub temu aditivna proizvodnja bistveno zmanjša stroške gradnje, saj se bo veliko gradbenih podjetij odločilo za najem stroja. Leta 2019 je tiskalnik ICON v samo 24 urah uspešno zgradil hišo za manj kot 4000 USD.
Betonski 3D-tiskalnik z robotsko roko
Mehaniziran ali robotiziran betonski 3D-tiskalnik je podprt z žerjavu podobno konstrukcijo in običajno deluje na 6 oseh. To pomeni, da je mogoče ustvariti bolj zapletene geometrije in dele z večjo ločljivostjo, kot je to mogoče z mostnim strojem. Ta vrsta 3D-tiskalnika ima tudi dodatno prednost povečane prenosljivosti in kompaktnosti, zato je enostavnejša za namestitev in snemanje. V preteklosti so imeli omejen obseg izdelave in so bili zato tudi omejeni na izdelavo manjših delov, nedavni napredek pa je razvojnim strojem omogočil večji obseg izdelave, ki je bil enak kot pri mostnih tiskalnikih. Tiskalniki z robotsko roko so ponavadi dražji od tistih z mostnimi sistemi.
Ruski start-up Apis Cor je leta 2018 zasedlo naslovnice, potem ko je z lastniškim 3D-tiskalnikom z robotsko roko iz betona zgradil dom, velik 400 kvadratnih metrov. Projekt je bil končan v samo 24 urah v Moskvi in je stal le 10.000 USD. Dve leti kasneje je podjetje spet prišlo na naslovnice, potem ko je v Dubaju uspešno zgradilo največjo 3D-natisnjeno stavbo na svetu z lastniško tehnologijo aditivne proizvodnje.
Kljub splošnemu napačnemu prepričanju, da je mogoče zgradbo v celoti zgraditi samo s pomočjo betonskega 3D-tiskalnika, običajno z aditivno proizvodnjo izdelujemo le stene in temelje. Kljub temu je 3D-tisk betona močno vplival na gradbeno industrijo. Zlasti v zadnjem desetletju se je pojavilo več gradbenih podjetij, specializiranih za aditivno proizvodnjo z betonom. Dansko podjetje COBOD je zgradilo prvo nemško 3d-natisnjeno stanovanjsko zgradbo z mostnim betonskim 3D-tiskalnikom BOD2, od takrat pa je objavilo projekt trinadstropne stanovanjske stavbe, ki se je že začela graditi in bo imela površino 380 kvadratnih metrov. Betonski 3D-tiskalniki so bili uporabljeni za gradnjo stanovanj v več državah po svetu, vključno z Nemčijo, Belgijo, Dubajem, Marokom in Francijo, pa tudi v pisarni na Danskem.
Hiter razvoj tehnologij 3D-tiska z betonom je privedel do številnih impresivnih novosti. Twente Additive Manufacturing (TAM) je na primer združil mostni sistem robotskih ročic za izdelavo 9-osnega tiskalnika, ki združuje standardnih 6 osi betonskega 3D-tiskalnika z robotsko roko, pa tudi dodatne elevacijske, prestavne in rotacijske osi mostnega sistema. Številni od teh dosežkov imajo svetovno pomembno vlogo pri vprašanjih, kot sta brezdomstvo in ohranjanje naravnih virov.
Vir: 3dnatives.com
Vir slike: COBOD.