Стандарты МЭК и массовое строительство качественного жилья с помощью 3D-печати

В 2004 году профессор Бехрох Хошневис из Университета Южной Каролины (США) первым в истории попытался создать стену здания с помощью технологии 3D-печати. Профессор разработал 3D-принтер, установленный на роботизированном манипуляторе, который выполнял экструзию слоев цементного раствора вместо пластика для создания 3D-модели. С тех пор это ноу-хау взяли на вооружение многие компании. И теперь с помощью 3D-принтера можно построить дом всего за пару десятков часов. И помогают в этом релевантные добровольные стандарты от Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission; IEC; МЭК).

Этот подход впоследствии лег в основу строительной технологии под названием контурное изготовление (Contour Crafting; СС), которая использует не совсем 3D-принтеры. Применяемые в данном случае устройства для 3D-печати бетона больше походят на козловые крана. Устройства оборудованы распыляющими бетонную смесь головками, в которые встроены пневматические формирователи поверхностей. Эти головки заменяют крюки кранов. 

С их помощью бетонный раствор с мгновенным застыванием слой за слоем наносится на подложку, которой выступает фундамент будущего дома. В ходе этого процесса миллиметр за миллиметром растут стены с оконными и дверными проемами, дымоходами и прочими вентиляционными отверстиями. Современные технологии позволяют возводить «коробку» коттеджа площадью около 1 сотни квадратных метров за десяток часов. 

Технология Contour Crafting обладает целым рядом полезных особенностей, способствующих все более активному ее использованию на строительных площадках: сокращение затрат и отходов, более высокая скорость строительства, сокращение вероятности аварий и других инцидентов, возможность создания сложных архитектурных форм и многое другое. Тем не менее, пока этот метод 3D-печати используется в строительстве гораздо реже, чем аналогичные технологии в таких отраслях как аэронавтика или медицинское обслуживание.

Но, как полагают эксперты, подобное отставание будет сохраняться не так уж и долго. Гиганты строительной индустрии быстро реализуют потенциал технологии 3D-печати. Причем соответствующие проекты все более активно запускаются и осуществляются по всему миру. Так, недавно стало известно о том, что с помощью 3D-печати будет построен целый жилой район в нидерландском городе Эйндховен. 

Голландские строители планируют сдать первые дома в эксплуатацию уже к середине 2019 года. По их словам, использование 3D-печати уменьшит количество цемента, необходимого для строительства дома, что, в свою очередь, минимизирует негативное экологическое воздействие строительного проекта и снизит общие затраты. Кроме того, 3D-печать предлагает альтернативу каменщикам, которых катастрофически не хватает в Нидерландах.

Будут построены дома с несколькими спальнями и несколькими этажами. Применяемые голландскими строителями 3D-принтеры могут использовать раствор различных цветов, позволяя создавать стены произвольной расцветки. 

Они также позволяют размещать непосредственно в стенах каждого здания беспроводные датчики, которые могут использоваться при сборе данных для нужд приложений для «умного» освещения и обогрева. Этот проект осуществляется в сотрудничестве с Технологическим университетом Эйндховена, который известен как пионер в области 3D-печати конструкций из бетона.

Так какова роль международных стандартов в данной сфере? Международные стандарты необходимы для разработки и изготовления качественного, надежного и эффективного программного и аппаратного обеспечения для 3D-печати, а также для создания соответствующих технологических процессов для нужд строительной индустрии. 

Данные, которые применяются при управлении головками 3D-принтеров, могут быть созданы либо с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР), либо посредством 3D-сканера, либо с применением того и другого. Их формат должен быть интерпретирован машиной, и их необходимо хранить, обменивать, индексировать и защищать. Защита целостности данных также имеет решающее значение при производстве и эксплуатации критически важных устройств для 3D-печати или их компонентов.

Совместный технический комитет МЭК и Международной организации по стандартизации (International Organization for Standardization; ISO; ИСО) под названием ИСО / МЭК СТК 1 публикует международные стандарты на информационные и коммуникационные технологий для деловых и потребительских приложений. В октябре 2017 года на его основе была создана рабочая группа по созданию релевантных стандартов для на нужд изготовителей устройств для трехмерной печати и трехмерного сканирования.

Кроме того, ряд технических комитетов (ТК) и подкомитетов (ПК) в составе МЭК работают над международными стандартами для электрических и электронных компонентов, которые установлены в 3D-принтерах.

В число соответствующих компонентов входят помимо прочего переключатели и реле (их стандартизацией занимается ТК 17 "Распределительные устройства и устройства управления"), сервоприводы и шаговые электродвигатели, используемые для перемещения экструзионной головки или спекающего лазера 3D-принтера (ТК 2 "Вращающееся оборудование") и источники электропитания (ТК 96 "Трансформаторы, реактивные катушки, блоки питания и их комбинации").

Но наиболее важными компонентами 3D-принтеров являются лазеры различных типов, используемые для спекания металлов и полимеров. ТК 76 "Безопасность излучения в оптическом диапазоне и лазерное оборудование" является ведущим органом по стандартизации лазерного оборудования. В сферу его деятельности входит стандартизация мощных лазеров, используемых в промышленных и исследовательских проектах. Разрабатываемые этим ТК стандарты необходимы для 3D-печати проводки в стенах зданий и других их компонентов.