­­3D-печать в строительстве и дизайне: принтер «возводит» дома и создает интерьеры

Аддитивные технологии (3D) перестали быть инструментом для прототипов и сложных деталей. Теперь они печатают многоэтажки и создают уникальные архитектурные элементы. Давайте рассмотрим, как 3D-принтеры переходят из цехов промышленных предприятий на стройплощадки, и как это может изменить подход к строительству и ремонту. 

Напечатаем — будем жить: реальные примеры и перспективы

В прошлом году в краевых СМИ появилось сообщение о том, что в Горном Алтае будет построена туристическая база, где дома будут напечатаны на 3D-принтере. У многих информация вызвала недоумение и удивление. Между тем печать сооружений для повседневной жизни далеко не новое явление. Первый дом был напечатан в России еще в 2017 году в Ярославской области. И не просто напечатан, а поставлен на кадастровый учет и до сих пор используется по назначению.

В 2024 году произошло знаковое событие — первый строительный проект, выполненный на 3D-принтере, прошел государственную экспертизу. А в прошлом году в России были напечатаны уже десятки объектов.

Один из них — самое большое по площади здание в мире, при строительстве которого применена 3D-печать! Это общественно-культурный центр «Мелля» в Татарстане. Высота здания 10,1 м, общий объем 3D-печатных стен 1069 кв. метров, для строительства использовано 440 тонн специализированной 3D-печатной смеси, более 6 км арматуры и более 4200 кв. метров композитной сетки. Стоит отметить, что при возведении этого объекта использовалась 3D-печать, прошедшая официальную экспертизу. 

Специалисты строительной отрасли с интересом сморят на новое явление, наблюдая за его активным развитием. Согласно принятым программам поддержки, в Китае 30% построек будут выполняться по аддитивным технологиям, в Эмирате Дубай — 25%. Аналогичная программа принята в США. По прогнозам экспертов, оценивающих мировой рынок, к 2040 году доля технологии в определенных сегментах (малоэтажное жилье и инфраструктурные проекты) составит в разных странах 5-15% от общего объема строительных работ.

На Международной конференции по аддитивному строительному производству 3DMIX-2025, проходившей в июле на базе Национального исследовательского московского государственного строительного университета, было отмечено, что наша страна готова к внедрению аддитивных технологий в строительство. Есть порядка 280 производителей сухих смесей для строительной 3D-печати, есть производственные мощности и производители строительных принтеров. И все это российские предприятия! 

От макета к реальному дому: эволюция 3D-печати в строительстве

История 3D-печати в строительстве началась с архитектурных макетов, которые создают для проектных институтов и застройщиков. С появлением 3D-технологий стало возможным напечатать в уменьшенном масштабе квартиру, дом и даже целый микрорайон.  Переход к печати полноразмерных зданий стал возможным благодаря конвергенции трёх направлений:

• Роботизация строительства: использование портальных систем или роботов-манипуляторов, способных работать на площадке.
• Развитие композитных материалов: создание бетонных смесей, геополимеров и других составов, адаптированных для послойного нанесения.
• Цифровое проектирование (BIM): переход от чертежей к комплексным цифровым моделям зданий, которые можно напрямую загружать в «мозг» строительного принтера.

В отличие от ювелирной точности SLM-печати металлом и SLS- печати фотополимерами, строительная 3D-печать оперирует метрами, тоннами материала и работает под открытым небом.

Инновации в области автоматизации процессов бетонирования начались в 1904 году, когда в США Джону Томасу был выдан патент на машину для укладки кирпича. Разработки и эксперименты продолжались на протяжении всего XX века. Считается, что данную технологию 3D-печати разработали в Нью-Йорке в Политехническом институте Ренсселера в 1997 году. Именно тогда Джозеф Пегна впервые применил аддитивное производство для изготовления бетона. Этот был пробный эксперимент, но исследования послужили основой для дальнейших попыток 3D-печати бетоном на основе порошка. Буквально через год в Университете Южной Калифорнии благодаря стараниям Бехроха Хошневи появилось и первое устройство (Contour Crafting) для послойной экструзии бетона. Чтобы заливать бетон автоматически, он использовал кран с компьютерным управлением, Интересно, что ученым двигала идея — создать систему, которая позволит за день построить дом в случае стихийный бедствий.

Эти идеи начали развивать в нескольких странах. В результате буквально через несколько лет мечта стала реальностью. В2004 году серия домов с использованием бетонных смесей была напечатана в Китае. А начиная с 2010-х годов, технологию для создания жилых объектов начали активно применять в Нидерландах и США. 

Основные технологии строительной 3D-печати

Метод 3D-печати существует с начала 1980-х годов (об истории его возникновения и развитии мы рассказывали ранее). В последнее время он набирает обороты во всех отраслях. Сам принцип в большей степени один и тот же — объемный предмет создается из множества слоев. 

Архитектор/дизайнер готовит модель, инженер 3D-печати проверяет и по необходимости корректирует ее, цифровая модель разделяется на слои специальной программой — слайсером, а принтер печатает эти слои, постепенно составляя из них трехмерный объект. 

С 3D-печатными домами это происходит так. Пастообразная смесь чаще всего на основе бетона (сейчас используют и другие специальные материалы) выходит через сопло и закрепляется. Поверх него наносится еще один слой, затем еще один и т.д. Высота слоя обычно от 20 до 50 мм. Повысить прочность конструкции помогает традиционное армирование, оно может быть и горизонтальным, и вертикальным.

В процессе можно изменять форму (а иногда и состав каждого слоя), в результате чего создаются объекты, которые было бы трудно или невозможно построить традиционными способами. И что еще немаловажно, в отличие от привычных строительных процессов, отходы практически сведены к нулю. Более того, ведутся разработки по добавлению в состав строительных смесей для 3D-печати вторичного сырья (золы, шлаков и т.п.), что несет и экологическую направленность.

Один из вариантов, который активно исследуется, — 3D-печать сооружений буквально из того, что есть рядом. Так, NASAподписала контракт с компанией ICON на разработку производственных технологий, адаптированных к лунной среде, то есть планируется в будущем печатать сооружения непосредственно из материалов с лунной поверхности. В пресс-релизе компании сказано: «Если нам придется остаться на Луне, встанет вопрос о строительстве зданий, в которых наш вид сможет жить. Поэтому ICON было поручено продумать строительство посадочных площадок, дорог, жилья и т.д. Миссия рассчитана до 2028 года».

Виды строительной 3D-печати

1. Печать на месте: контурное строительство (экструзия бетона)

• Как работает: это самый распространённый метод. Большой портальный 3D-принтер или робот-манипулятор с соплом перемещается по заданной траектории, послойно экструдируя (выдавливая) специальную бетонную смесь. Так формируются несущие стены и перегородки.
• Можно сказать, принтер печатает «корочки» внешних стен, так называемую несъемную опалубку. Печатается не весь объем несущей стены, а только наружная и внутренняя ее части. Толщина может быть от 3 до 5 см. В образовавшуюся полость уже заливается необходимый наполнитель. Внутренние перегородки могут быть напечатаны в один слой.
• Что печатают: жилые дома, хозяйственные постройки, элементы ландшафтного дизайна, сложные архитектурные формы (своды, арки), которые трудоёмки в традиционном исполнении.

2. Печать модулей: аддитивное изготовление строительных элементов (3D-печать в цехе)

• Как работает: технология похожа на FDM-печать, но в промышленных масштабах. В цехе на стационарном оборудовании печатаются крупные модули или сложные элементы (лестничные марши, колонны, фасадные панели), которые затем доставляются на объект для сборки. 
• Преимущество: не зависит от погоды, высочайшее качество поверхности и точность, возможность интеграции инженерных коммуникаций прямо в тело элемента.
• Где применяется: скоростное строительство социальных объектов, создание уникальных элементов для объектов культурного наследия или современной архитектуры.

В этом случае гораздо больше возможностей для маневра по формам и материалам. 3D-печатные объекты могут быть как цельные, так и составные – собираться и закрепляться непосредственно на месте установки, как пазлы.

Преимущества и вызовы технологий

Плюсы:

• Скорость: возведение коробки одноэтажного дома площадью 100 кв. метров за 2-3 дня вместо 2-3 месяцев.
• Свобода архитектуры: криволинейные формы почти не увеличивают стоимость. Фантазия дизайнера-архитектора может быть практически безграничной. Реально получить совершенно индивидуальный проект, который оптимально подходит для этой площадки и заказчика. 
• Сокращение отходов: точное дозирование материала. 
• Снижение трудоёмкости: автоматизация самых тяжёлых процессов. Сокращение трудозатрат в целом. Как показывает практика, для работы на объекте оптимально 3-4 человека.
• Экологичность — 3D-печать позволяет минимизировать количество отходов и выбросы углекислого газа из-за сокращения, поскольку создание объекта ведётся сразу на месте, не требуется транспортировка готовых элементов и материалов.   
• Снижение затрат — 3D-строительство требует меньшего количества материалов и меньшей ручной работы. Себестоимость 1 кв. м стены сопоставима с газобетоном, но при этом вы получаете готовую криволинейную форму без опалубки и дополнительных работ за более короткий период.

Минусы и ограничения:

• Нормативная база: в России пока нет полноценных ГОСТов на 3D-печатные здания. Однако уже проведена серьезная работа по стандартизации. По информации Федерального центра нормирования и стандартизации, в рамках работы ТК 182 «Аддитивные технологии» регламентируются требования в части материалов и оборудования для АТ, в ТК 465 «Строительство» регулируются требования к проектированию конструкций, изготавливаемых аддитивными методами.  В 2020 году были приняты ГОСТы на материалы для аддитивного строительного производства в части терминов и определений, методов испытаний, технических требований. В 2023 году были внесены изменения в СНиП 2.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» с учетом применения аддитивных технологий. 
• Ограничения по материалам: основные усилия — на несущие стены, перекрытия и крыши часто делают традиционно.
• Сезонность: «мокрые» процессы на улице зависят от температуры.
• Неровности и шероховатость стен — напечатанные на 3D-принтерах стены требуют отделки, чтобы послойная печать была не заметна. 
• Недостаточная энергоэффективность — в холодных территориях получающиеся здания необходимо дополнительно утеплить. Есть опасения и по поводу прочности и долговечности конструкций. По прогнозам специалистов – здание простоит 150 лет без существенных изменений. Насколько это реально, увидят потомки. 
• Высокий порог входа: стоимость крупного строительного принтера — от 20 млн рублей, портального типа — от 3 млн руб.

Будущее: симбиоз технологий и точки роста 

Уже сегодня понятно, что 3D-печать в строительстве будет востребована: разумеется, она не заменит весь процесс, но займет свою важную нишу. Это будет востребовано в таких сферах, как:

• Социальное и экстренное строительство: быстрое возведение домов в зонах ЧС или вахтовых посёлков.
• Архитектура сложных форм: создание уникальных общественных пространств.
• Модульное строительство: заводское производство индивидуальных элементов.

Уже сейчас мы видим яркие примеры такого воплощения идей в строительстве. Еще больше возможностей у 3D-печати в дизайне, ремонте и отделке помещений. 

3D-печать — возможность индивидуальных решений в интерьере 

—В настоящее время заказчики стремятся максимально удовлетворить потребности клиента в отделке интерьера, порой требуются реально индивидуальные (по цвету, форме, размеру) решения для отделки стен и потолков, — рассказывает Елена Зубарева, директор компании 3D ПРОФИ. — Здесь на помощь приходит 3D-принтер. Некоторые компании, занимающиеся ремонтом и отделкой, уже взяли 3D-технологии на вооружение. Поскольку им невыгодно закупать, например, целую партию, черных решеток определенного размера для вентиляции. Гораздо проще разработать цифровую модель и напечатать необходимое количество для конкретной квартиры или дома. 

Аналогичная ситуация в обустройстве интерьера, когда 3D-технологии позволяют совершенно индивидуальный объект: скамейку, вазон для цветов или даже фамильный герб или статую основателя фамилии.

Время «примерять» 3D-технологии?

Мы находимся в той точке, когда 3D-печать в строительстве перестала быть «чудом» и стала рабочим инструментом. Да, технология не заменит полностью традиционное домостроение — железобетонные монолиты и кирпич никуда не уйдут. Но она заняла свою нишу: быстрое возведение малоэтажных объектов, сложные архитектурные формы, индивидуальные интерьеры и элементы благоустройства.

Для Алтайского края это не отдаленная перспектива, а уже текущая реальность. Туристический кластер Горного Алтая, развитие придорожного сервиса, строительство модульных гостиниц и глэмпингов — идеальные «полигоны» для 3D-печати. Здесь важна скорость, уникальность и возможность вписать постройку в ландшафт без типовых решений. 

Технология прошла путь от лабораторного эксперимента до работающего бизнеса. Как быстро будет развиваться это направление, покажет время и желание строителей занять новую нишу.  

В следующий раз в рубрике — 3D–печать в медицине. Рассмотрим, как аддитивные технологии (3D-печать) помогают восстановить здоровье.

Автор рубрики

Ирина Заречнева, менеджер компании 3D-ПРОФИ.

Контакты для вопросов и пожеланий: 

e-mail: 3d.profi22@gmail.com 

тел.: +7 903 995 6196

сайт: https://3dprofi22.ru/