Печать дома из бетона: как устроена технология, портальные и роботизированные принтеры

Как из раствора получается стена

Принцип тот же, что у аддитивной печати на настольном 3D-принтере: экструдер выдавливает материал слоями, только вместо нити идёт цементный раствор. Цепочка у всех машин одна. Станция приготовления смешивает сухую смесь с водой, насос гонит раствор по шлангу (у BOD2 это DN50) к печатной головке, а головка выдавливает валик через сопло. Манипулятор или портал ведёт сопло по траектории, которую слайсер нарезал из модели. Каждый следующий валик ложится на предыдущий, пока тот ещё пластичен, но уже держит вес верхних слоёв.

В обзоре Buswell и соавторов в Cement and Concrete Research (2018) такой процесс описан цифрами: валик диаметром примерно от 6 до 50 мм, цементный раствор с заполнителем 2–3 мм, линейная скорость экструзии 50–500 мм/с. Стену редко печатают сплошной. Обычно это две тонкие стенки, соединённые зигзагом или сотами, и в полости потом закладывают арматуру, утеплитель или заливают бетон. Такой «каркас с заполнением» экономит смесь и время. Подробнее о самой смеси — в статье про бетон для 3D-печати.

Три схемы принтера

Портальная схема самая распространённая для домов: рама даёт стабильное положение сопла и простое управление, а платить приходится логистикой, потому что рама собирается вокруг будущего дома. АМТ описывает S-300 как легко собираемый принтер и пишет, что его можно собрать в уменьшенном размере, кратном трём метрам.

Поворотный кран у Apis Cor устроен как башенный: по описанию Designboom, машина печатает здание и изнутри, и снаружи. В 2017 году на нём напечатали дом 38 м² в Ступине: по сообщению компании, печать несущих стен, перегородок и ограждающих конструкций заняла 24 часа машинного времени. Для здания Dubai Municipality (640 м², высота 9,5 м) принтер, по описанию Dezeen, перемещали краном по площадке, чтобы он печатал разные части.

Манипулятор берут там, где геометрия и дополнительные операции важнее размера: на шестиосевом роботе можно вставлять арматуру и обрабатывать поверхность после схватывания.

Какая скорость написана в документах

Паспортные м³/ч можно проверить расчётом. Валик сечением 20×40 мм — это 0,0008 м². Один кубометр раствора тогда вытягивается в 1250 м валика. При 0,8 м³/ч сопло должно проходить около 1000 м в час, то есть примерно 280 мм/с. Цифра укладывается в диапазон обзора, но ближе к его верхней половине. Заводской расход на стену у АМТ — 0,12–0,25 м³ на квадратный метр при четырёхслойной печати, и при таком расходе 0,8 м³/ч превращаются в 3,2–6,7 м² стены в час.

Скорость сопла не равна скорости стройки. Гендиректор «СмартБилдСервис» Михаил Шиленков на конференции 3DMIX-2025 рассказал, что для возведения каркаса дома в 100 м² понадобились 3 человека, один принтер и 100 часов работы. Если взять стены площадью 153 м² (такой дом разобран в статье про смесь) и паспортные 10 м²/ч, получится около 15 часов. Остальное съедают загрузка смесителя, остановки на чистку шланга, закладные детали и погода.

Размер слоя и сопла

Размер сопла выбирают вместе со смесью: заполнитель должен свободно проходить сопло. В лабораторной работе Le и соавторов песок до 2 мм шёл через сопло 9 мм, COBOD заявляет заполнитель 8 мм для своей головки, у АМТ валик 30–40 мм по ширине, а в смеси допустимы нерудные материалы фракцией до 2,5 мм.

Чем меньше сопло, тем точнее поверхность и тем больше слоёв, а значит и стыков, на которых стена слабее. При высоте 20 мм в стене 2,8 м будет 140 слоёв, при 75 мм (максимум BOD2) около 37. Прочность каждого стыка зависит от того, сколько прошло времени после нижнего слоя, и это уже вопрос смеси.

Армирование

Сталь в напечатанной стене ставят тремя способами, и производитель принтеров АМТ описывает их так: горизонтально между слоями (арматура или сетка запечатывается), вертикально в полости стен перед заливкой бетоном или пеносоставом и фиброй в самой смеси. Расчёт диаметра, шага и размещения арматуры делается в проекте, а не принтером.

Buswell и соавторы пишут, что диаметр прутка влияет на толщину слоя, а значит на диаметр экструзии и на траекторию, и что вертикальную арматуру класть сложнее горизонтальной. Поэтому на практике вертикальное армирование и армопояса делают в полостях с последующей заливкой, а в горизонтальных швах оставляют сетки и каркасы по расчёту. Сортамент и вес прутка удобно посмотреть в справочнике по арматуре.

Горизонтальная сетка между слоями не гарантирует прироста. В серии Joh и соавторов (Materials, 2020) металлическая сетка в межслойных швах подняла прочность на изгиб с 6,5 до 18,5 МПа в одном направлении нагрузки, но прочность на раскалывание поперёк слоёв упала с 1,8 до 1,2 МПа. Авторы объясняют это слабым сцеплением сетки с валиками. Это одна серия на одной смеси и своём режиме печати, но она показывает: сетка работает, когда нагрузка идёт вдоль слоёв, и мало помогает там, где разрыв идёт по шву.

Полости можно утеплять, но не печатать лёгкими смесями. ПНСТ 495-2020 прямо исключает газобетон и пенобетон как печатные смеси для лёгких стен, оставляя их для заполнения пустот напечатанной конструкции, чтобы снизить теплопроводность.

Площадка или цех

Дом площадью 298,5 м² под Ярославлем, по сообщению АМТ-СПЕЦАВИА, напечатали по частям на серийном принтере S-6044 и смонтировали на фундаменте за месяц в декабре 2015 года. АМТ пишет, что цеховая печать убирает сезонность: детали выдерживают на складе до набора прочности и только потом собирают дом.

Компания Apis Cor в 2017 году заявляла, что сам принтер работает при температуре до −35 °C, но использованная смесь допускала не ниже +5 °C. В паспортах Sikacrete-733 3D и 751 3D диапазон температуры воздуха 5–30 °C, температура самой смеси при печати 10–25 °C. Зимой дом печатают в тепляке или со специальными добавками.

Что в доме делают руками

Принтер печатает только то, что можно выдавить валиком. В таблице видно, где заканчивается его работа.

По словам гендиректора АМТ Александра Маслова на форуме «Конвергентум-2025», доля печати в полном строительном цикле составляет 10–20 %: остальное приходится на другие технологии, в том числе плохо поддающиеся автоматизации.

Ограничения

Температурный коридор самый жёсткий: ниже 5 °C стандартные смеси без добавок не рассчитаны. Директор компании «3Д Арт» Роман Павленко назвал главной проблемой площадки климат и добавил, что простой опасен: если остановиться хотя бы на ночь, могут возникнуть проблемы с качеством подаваемого раствора. Buswell и соавторы пишут, что смена направления сопла создаёт недозаполнение, поэтому радиус поворота зависит от смеси, размера сопла и скорости, а острые углы в стене печатают хуже плавных. Цену и нормативы разбирает статья про стоимость дома и правила в России, а остальные материалы по теме собраны в разделе строительная 3D-печать.