Wydrukuj sobie dom - druk 3D w budownictwie

Obecnie na świecie znajduje się ok. 130 budynków wydrukowanych w technologii 3D, a wciąż planowane są nowe inwestycje. Na czym polega zastosowanie druku 3D w budownictwie, jakie są plusy i minusy? Czy druk 3D to przyszłość budownictwa, czy zostanie w fazie eksperymentów? Tłumaczymy.

Wydrukuj sobie dom - druk 3D w budownictwie

Czy można wydrukować dom? A szkołę, bibliotekę czy biuro? Osiągnięcia na polu druku addytywnego w budownictwie z ostatnich lat pokazują, że jak najbardziej. Przedstawiamy surowce, które wykorzystuje się w druku 3D budynków, zalety druku 3D w budownictwie i problemy do przezwyciężenia, zanim druk 3D staje się standardem w branży konstrukcyjnej. Przykładem zastosowania tej technologii w infrastrukturze jest wykorzystanie druku 3D do budowy dworców kolejowych w Japonii.

• Z czego zbudowane są domy drukowane w 3D?
  • Cement
  • Włókna drzewne
  • Plastik z recyklingu
  • Materiały organiczne z recyklingu
• Dlaczego warto stosować druk 3D w budownictwie?
  • Szybsza budowa
  • Redukcja kosztów pracy
  • Poprawa bezpieczeństwa
  • Odpowiedź na problemy współczesnych społeczeństw
  • Swoboda projektowania
• Wyzwania dla druku 3D w budownictwie
  • Ograniczenia technologii
  • Wysokie koszty inwestycji na rozpoczęcie
  • Brak wyszkolonego personelu
  • Luki w prawodawstwie
• Podsumowanie - czy druk 3D to przyszłość budownictwa?

Z czego zbudowane są domy drukowane w 3D?

W budowie domów w technologii 3D nie wykorzystuje się cegieł ani desek, a materiały, które można wytłoczyć za pomocą specjalnych dysz. Proces odbywa się podobnie jak w przypadku druku 3D z użyciem filamentów z tworzyw sztucznych, choć na większą skalę — jeśli chcesz dowiedzieć się, czym właściwie jest druk 3D i jak działa ta technologia, sprawdź nasz poradnik.

Cement

Do budowy domów w technologii 3D najczęściej wykorzystuje się cement o zmodyfikowanym składzie. Mieszanka może być wzbogacona o chemiczne lub naturalne dodatkami, aby uzyskać większą wytrzymałość, bogatsze barwy czy wykorzystać surowce z recyklingu. W niektórych projektach powstaje nawet cement pochłaniający dwutlenek węgla drukowany w 3D.

Włókna drzewne

W połączeniu z syntetyczną, biodegradowalną żywicą, włókna drzewne stanowią ekologiczną alternatywę dla cementu. Wykorzystanie pochodnych drewna nadaje wydrukowanym w 3D domom ciepła i koloru, sprawia że elementy konstrukcji nadają się do recyklingu. Pierwszy dom wykonany z włókien drzewnych, BioHome3D, zaprezentowali naukowcy z Uniwersytetu w Maine w 2022 roku.

Plastik z recyklingu

Plastik może rozkładać się od 20 do nawet 1000 lat, dlatego plastikowe odpady trafiające na wysypiska czy zanieczyszczające środowisko naturalne to jeden z najważniejszych problemów współczesnej ekologii. Studio Azure Printed Homes stara się zredukować ilość plastikowych odpadów drukując domy w formie mobilnych trailerów z plastikowych butelek.

Materiały organiczne z recyklingu

Choć obecnie mówimy dopiero o pojedynczych przypadkach, w różnych częściach świata trwają prace nad wykorzystaniem organicznych surowców z recyklingu do konstrukcji domów oraz innych budynków w technologii 3D. W 2018 roku firma WASP i studio Lib Work zaprezentowału prototyp domu wydrukowanego z mieszanki ziemi i odpadów po produkcji ryżu. W Ekwadorze ma zaś powstać cała wioska wydrukowana z przetworzonych łupin nasion kakao.

Dlaczego warto stosować druk 3D w budownictwie?

Druk 3D w budownictwie ma potencjał rozwiązać wiele problemów i przezwyciężyć ograniczenia, z którymi zmaga się branża. Od krótszych czasów realizacji, przez redukcję hałasu i wykorzystanie lokalnych surowców, druk 3D może uczynić place budowy bezpieczniejszymi i bardziej wydajnymi.

Szybsza budowa

Szacuje się, że konstrukcja z wykorzystaniem druku 3D może skrócić proces budowy o nawet 60-70%. Druk 3D jest szybszy niż tradycyjne metody budowania z kilku powodów:

• Możliwość dokładnego przeniesienia projektu cyfrowego w trzy wymiary pozwala zaoszczędzić czas na sporządzanie papierowych planów, pomiary podczas konstrukcji, itd.
• Druk 3D eliminuje konieczność używania form, których przygotowanie jest czasochłonne i kosztowne,
• Drukarki 3D mogą pracować bez przerwy dłużej niż pracownicy fizyczni, co skraca czas wykonania projektu,
• Precyzja druku 3D redukuje błędy, których korekta zajmowałaby dodatkowy czas,
• W procesie budowania za pomocą druku 3D powstaje mniej odpadów, co pozwala zaoszczędzić czas spędzany na sprzątaniu placu budowy i wywożeniu gruzu i innych.

Redukcja kosztów

Obecnie wykorzystywanie technologii 3D przy budowie jest w fazie testów i priorytetów. Choć pojawiają się już pierwsze budynki skonstruowane przy pomocy technologii druku 3D, daleko nam jeszcze do wprowadzenia drukarek na stałe na place budowy. Z tego powodu nie możemy jeszcze powiedzieć, że druk 3D w budownictwie jest tańszy od tradycyjnych metod. Jak druk 3D może potencjalnie obniżać koszty na placu budowy?

• Wykorzystując lokalne surowce i wykonując więcej elementów konstrukcji na miejscu, druk 3D skraca łańcuch dostaw i zmniejsza zależność od pośredników,
• Druk 3D ogranicza ilość odpadów, co zmniejsza opłaty za wywózkę, i pozwala bardziej efektywnie wykorzystać materiały,
• Wymaga mniej pracowników, co oznacza niższą robociznę.

Poprawa bezpieczeństwa

Plac budowy może łatwo stać się miejscem niebezpiecznych wypadków. Wystarczy usterka narzędzi lub ludzki błąd, aby doprowadzić do nieszczęścia. Wysoki poziom hałasu i pyłów oraz oparów unoszących się w powietrzu także ma negatywny wpływ na zdrowie. Budowanie z użyciem druku 3D może znacznie poprawić bezpieczeństwo pracowników poprzez:

• Ograniczenie hałasu, na którego szkodliwe działanie wystawieni są pracownicy,
• Czystsze powietrze na placu budowy: przy druku 3D nie powstaje tyle kurzu i pyłu, które są szkodliwe dla płuc,
• Zmniejszenie ryzyka wypadków dzięki wysokiej precyzji i powtarzalności drukarek 3D.

Odpowiedź na problemy współczesnych społeczeństw

W wielu krajach występuje narastający problem braku mieszkań i domów. Przyczyn może być wiele: brak miejsca, wysokie koszty czy klęski żywiołowe. Wsparcie tradycyjnego budownictwa może pomóc w rozwiązaniu tych problemów i pozwolić potrzebującym zamieszkać w godnych warunkach.

• Starzenie się społeczeństwa: budownictwo z użyciem druku 3D nie wymaga zatrudniania tylu pracowników fizycznych, co na tradycyjnym placu budowy, co pozwala zaradzić brakom siły roboczej w starzejących się społeczeństwach,
• Bezdomność: druk 3D pozwala stawiać domy szybko i tanio, co może mieć kluczową rolę w walce z bezdomnością,
• Zniszczenia związane z konfliktami, klęskami żywiołowymi: mniejsza ilość pracowników, mniej potrzebnych narzędzi, szybsza budowa i mniej skomplikowany łańcuch dostaw, także dzięki możliwości wykorzystania lokalnych surowców z recyklingu sprawiają, że na terenach dotkniętych konfliktami czy kataklizmami łatwiej zorganizować budowę z użyciem technologii druku 3D.
• Nacisk na ekologię, recykling i zrównoważony rozwój: druk 3D redukuje wpływ budownictwa na środowisko na każdym kroku: od krótszych łańcuchów dostaw redukujących ślad węglowy, przez znaczne ograniczenie ilości generowanych odpadów, po wykorzystanie materiałów nadających się do recyklingu.

Swoboda projektowania

Zastosowanie druku 3D w budownictwie zapewnia wysoki stopień swobody w projektowaniu elementów konstrukcyjnych. Umożliwia tworzenie powierzchni o skomplikowanej fakturze i trójwymiarowych wzorach czy półokrągłe ściany dużo prościej i szybciej niż w przypadku tradycyjnych metod.

• Druk 3D nie wymaga użycia kosztownych form i odlewów,
• Nawet skomplikowane elementy konstrukcji mogą być wykonywane na miejscu,
• Projekty 3D mogą być łatwo dostosowane do klienta, aby stworzyć unikalne architektoniczne projekty.

Wyzwania dla druku 3D w budownictwie

Choć zastosowanie druku 3D do budowy ma wiele plusów, nie możemy pominąć minusów i ograniczeń tej technologii. Wiele problemów, z którymi zmaga się druk 3D w budownictwie wynika z wciąż niewielkiej wiedzy na temat tej technologii wśród inwestorów i wykonawców, co ma wpływ na dostępność i ceny. Nie wystarczy jednak czekać: trudno dostępna, droga technologia będzie odstraszać inwestorów. Jeśli architekci i projektanci specjalistycznych urządzeń nie pokonają tych przeszkód, wejście druku 3D do mainstreamu w branży konstrukcyjnej stanie pod znakiem zapytania.

Ograniczenia technologii

Choć w niektórych aspektach druk 3D może zapewnić większą swobodę i otworzyć nowe możliwości w projektowaniu budynków, ta technologia ma też swoje ograniczenia. Najbardziej banalnym, ale zarazem trudnym do rozwiązania problemem dla drukarek 3D do cementu są kąty proste. Choć druk 3D pozwala znacznie łatwiej konstruować półokrągłe lub zaokrąglone ściany, uzyskanie równych kątów prostych w rogach jest obecnie niemal niemożliwe. Co więcej, druk 3D w budownictwie ma podobne ograniczenia co tradycyjne budownictwo jeśli chodzi o tworzenie otworów, np. na okna.

Wysokie koszty inwestycji na rozpoczęcie

Wielkoformatowych urządzeń do druku 3D z użyciem cementu jest na rynku stosunkowo niewiele, co sprawia że są obecnie bardzo kosztowne, nawet do wypożyczenia. Drukarki 3D wykorzystywane w budownictwie mają duże wymiary, co dodatkowo zwiększa koszty ich przewozu — więcej o gigantycznych maszynach przeczytasz w artykule o największej drukarce 3D na świecie. Wynagrodzenie dla pracowników także będzie wysokim wydatkiem, jako że specjalistów w dziedzinie budownictwa z użyciem druku 3D jest niewiele i to pracownicy mogą dyktować ceny.

Brak wyszkolonego personelu

Technologia do druku 3D w budownictwie jest dalej we wczesnym stadium rozwoju, a co za tym idzie, na rynku brakuje pracowników doświadczeniem w obsługiwaniu maszyn czy projektowaniu budowli z użyciem specjalistycznego oprogramowania. To oznacza, że do kosztów inwestycji może dojść koszt szkolenia pracowników.

Luki w prawodawstwie

Prawodawstwo często nie nadąża za rozwojem nowych technologii. Z taką sytuacją mamy do czynienia także w przypadku druku 3D w budownictwie. Bezpieczeństwo i porządek na placach budowy określają bardzo precyzyjne przepisy, które m.in pozwalają poszkodowanym dowodzić swoich praw w razie wypadku lub dysputy. Również kontrola jakości wymaga dokładnie sformułowanych przepisów. Prawo dotyczące budownictwa powstało jednak przed wprowadzeniem technologii druku 3D na przemysłową skalę. Co za tym idzie, w prawodawstwie mogą istnieć luki lub nieścisłości, które utrudniałyby organizację pracy na placu budowy w oparciu o druk 3D. Na wprowadzenie nowych przepisów lub zmodyfikowanie istniejących możemy jeszcze długo czekać. Do tego czasu zarówno zleceniodawcy, jak i pracownicy mogą odnosić się nieufnie do technologii 3D w budownictwie ze względu na obawy, że istniejące prawo nie obroni ich interesów. Podobne wyzwania dotyczą też innych obszarów, o czym piszemy w tekście o kwestie prawne związane z drukiem 3D.

Druk 3D - przyszłość budownictwa czy trend, który przeminie?

Druk addytywny jest stosowana do konstruowania eksperymentalnych domów od ok. 2014 roku. Wciąż powstają też nowe inwestycje i projekty. Czy jednak druk 3D w budownictwie ma szansę wyjść z fazy eksperymentów? Wiele zależy od tego, czy inwestorzy uwierzą w potencjał technologii. Największą przeszkodą w rozwoju budownictwa 3D są obecnie kwestie finansowe i prawne. Możemy się jednak spodziewać, że korzyści oferowane przez druk 3D będą coraz bardziej zyskiwać na znaczeniu. Możliwość wykorzystania do budowy miejscowych surowców i materiałów z recyklingu oraz krótki czas realizacji projektów przy ograniczonej ilości szkodliwych emisji, hałasu i odpadów wpisuje się w filozofię zrównoważonego rozwoju. Z kolei możliwość przeprowadzania budowy przez niewielki zespół specjalistów, przy niewielkim udziale pracowników fizycznych, będzie nieoceniona w starzejącym się społeczeństwie i na terenach, gdzie brakuje sprawnych mężczyzn do pracy fizycznej np. z powodu panujących konfliktów. Być może w przyszłości domy drukowane w 3D pojawią się także w Twojej okolicy?