Дома на Марсе: российский 3D-принтер с космическими возможностями
Примерно пять лет назад молодой инженер из Иркутска Никита Чен-юн-тай, специализировавшийся на разработке станков с ЧПУ, предложил собственную конструкцию строительного принтера. Он функционирует в системе не прямоугольных (как обычный офисный струйный принтер), а полярных координат и печатает здание не снаружи, а изнутри. Принтер устанавливается на подготовленной площадке и начинает послойно, согласно компьютерной 3D-модели, выстраивать вокруг себя стены будущего сооружения. Конструктивно он схож с башенным краном: на конце стрелы, вращающейся в диапазоне 360 градусов, помещен экструдер, укладывающий слоями быстрозастывающий цементобетонный раствор. Для развития и продвижения этой технологии и была создана компания Apis Cor.
Первым опытом для стартапа иркутского инженера стало возведение небольшого одноэтажного здания в подмосковном Ступино.
Под солнцем Аравии
«Когда мы закончили свой первый проект и презентовали его, – говорит ведущий инженер-конструктор Apis Cor Никита Жеребцов, – то стали искать возможность построить что-то более сложное и функциональное. Нам поступали разные предложения, но наиболее интересным и перспективным показался запрос муниципалитета города Дубая. В этом городе – столице одноименного арабского эмирата – в строительство вкладываются большие деньги, но ведется оно, как правило, с помощью дешевой и низкоэффективной рабочей силы из бедных стран Азии. Руководство же города смотрит в будущее и там намерено развивать прогрессивные методы возведения зданий на основе робототехники и аддитивных технологий».
Никита Жеребцов: «Для вертикальной арматуры принтер оставляет в стенах специальные полости. По окончании печати стены арматура вставляется в них, а сами полости заливаются тяжелым бетоном».
Первоначально муниципалитет Дубая работал с одной из китайских компаний, но то, что делали китайцы, назвать 3D-печатью зданий было сложно. Аддитивным методом производились отдельные детали будущего строения, затем с завода в КНР они доставлялись в ОАЭ, где бригады рабочих монтировали здание. Компания Apis Cor доставила свое оборудование в Дубай и весь производственный процесс происходил непосредственно на месте строительства. Принтеру предстояло напечатать двухэтажное муниципальное здание общей площадью 640 м2. Пока технология находится на этапе развития, каждый новый проект для Apis Cor приносит новые вызовы и новые инженерно-конструкторские задачи, которые предстоит решить. Главные направления НИОКР – это создание новых цементобетонных смесей (например, для весьма специфических климатических условий Аравийского полуострова) и усовершенствование самого печатающего устройства, а также системы подачи раствора на экструдер. Одной из сложных проблем стала необходимость поднимать стрелу принтера на значительную высоту: расстояние от потолка до пола составляло на каждом из этажей 4,7 м. Изменение высоты печатающего устройства осуществляется с помощью трех гидравлических телескопических цилиндров. Когда давление внутри цилиндров падало, вся конструкция начинала люфтить, подвергаясь раскачиванию и скручивающему моменту, что не могло не сказаться на точности печати.
«Проблема была решена, – рассказывает Никита Жеребцов. – Мы обвязали каждый сегмент телескопического цилиндра жесткой связкой и соединили их системой, которую назвали гидродиагональю. По сути, это гидравлический тормоз: в нужный момент он останавливает шток, и вся конструкция становится жесткой фермой».
В ходе реализации дубайского проекта принтером были напечатаны внешние стены и внутренние перегородки здания, однако горизонтальные перекрытия устанавливались традиционным способом. «Сегодня технология печати горизонтальных элементов нами уже разработана, – говорит Никита Жеребцов, – и мы готовы внедрить ее в наших будущих проектах».
Наш инопланетный дом
Прежде чем земляне заселят постоянную базу, например на Марсе, было бы разумно поручить ее строительство роботам. Новым источником вдохновения для конструкторов Apis Cor стал конкурс NASA на лучший проект создания такой базы на основе аддитивных технологий. «Первый этап конкурса привлек множество участников, – говорит Никита Жеребцов, – так как соревновались дизайн-проекты. Увы, большинство из этих проектов имело больше отношения к фантастике, нежели к науке и технике. Наша компания (в партнерстве с нью-йоркским архитектурным бюро SEarch+) была среди тех немногих, кто предлагал реальные технологии. Во втором этапе конкурса, где уже предполагалась демонстрация элементов инженерных решений, "фантасты" участия не принимали. Мы же заняли первое место, напечатав в Москве платформу-фундамент для инопланетного сооружения и подтвердив в ходе тестов необходимые свойства полученного материала. Третий тур конкурса проходил в США, куда нам пришлось доставить свое оборудование. Согласно заданию, наш принтер напечатал цилиндрическую конструкцию с внутренней перегородкой. Задание также включало в себя прокладку коммуникаций в виде двух труб диаметрами 40 и 300 мм, для чего нам потребовалось задействовать роботизированную руку-манипулятор (участие человека в печати исключалось). Ради конкурса пришлось поработать нашим специалистам по смесям: поскольку траектория движения печатающего устройства была очень короткой, раствор должен был застывать практически мгновенно».
