Материалы для 3D-строительства: что выбирают вместо бетона

При упоминании 3D-печати зданий большинство представляет себе бетон, послойно укладываемый гигантским принтером, напоминающим кондитерский шприц. Однако, вполне возможно, что этот образ очень скоро останется в прошлом. На данный момент, цементные материалы доминируют только потому, что считаются универсальным решением. Строительная отрасль хорошо изучила бетон: его прочностные характеристики, поведение под нагрузкой, методы армирования, а также существующие стандарты применения. Это сделало цемент материалом по умолчанию для строительной 3D-печати. Однако, эксперты считают, что настало время использовать новый подход к строительству применяя местные материалы с уменьшенным экологическим следом и новыми эксплуатационными свойствами.

Бетон или локальные материалы для 3D-печати?

Производство цемента остается одним из крупнейших источников промышленных выбросов CO₂ в мире. Несмотря на прочность и предсказуемость бетон обладает высокой экологической ценой, которую становится невозможно игнорировать. Но даже при создании экологичных продуктов, важно понимать их дальнейшую судьбу — возможность переработки, повторного использования или неизбежного превращения в отходы. Именно поэтому перспективными альтернативами выглядят геополимеры, обожженная глина, древесные композиты и переработанные пластики. Некоторые из этих материалов уже проходят испытания в регионах, где использование местных ресурсов экономически и экологически целесообразнее импорта бетона.

Материалы должны быть адаптированы к специфике конкретного региона. В лесистом штате Мэн ученые местного университета реализовали проект дома на основе древесных полимеров. В Колумбии компания WASP развивает направление доступного жилья из глины. На юго-западе США тестируются конструкции из земли и самана. Для каждого конкретного проекта, региона и контекста нужно искать и находить оптимальное решение.

Главное препятствие — нормативная база

Основным барьером для широкого внедрения новых материалов является не их производительность, а регулирование. Доминирование цемента объясняется наличием готовых кодексов, стандартов и систем страхования. Альтернативные материалы не имеют подобной систематизированной базы.

Это имеет практические последствия: даже создав биоразлагаемый или перерабатываемый материал с выдающимися свойствами, стартап вряд ли получит строительное разрешение без соответствия существующим нормам. Никто не хочет рисковать человеческой жизнью, поэтому так важны пилотные проекты для формирования базы данных. Эта работа уже начата: в США деревянный дом, напечатанный в Мэне, успешно выдерживает 3-летние испытания резкими погодными изменениями, а в Нидерландах напечатанные бетонные мосты демонстрируют прочность и долговечность при сокращенном расходе материала.

Форма, функция и гибкость

Одно из недооцененных преимуществ аддитивного строительства — взаимное усиление дизайна и материалов. С 3D-печатью конфигурация стены ограничена только воображением проектировщика. Можно варьировать толщину, добавлять ребра жесткости, слои или сотовые структуры, оптимизируя тепловые характеристики, огнестойкость или прочность. Это означает, что производительность определяется не только материалом, но и способом его применения. Даже менее прочные на бумаге материалы могут превзойти цемент в сложных конфигурациях.

В исследовании Университета Солфорда (Великобритания) моделирование пожарных сценариев для напечатанных бетонных стен показало, что сотовый дизайн улучшает изоляцию и замедляет теплопередачу по сравнению с традиционными сплошными стенами благодаря эффективному рассеиванию тепла структурой.

Аддитивное строительство — больше чем бетон

Сфера аддитивного строительства не ограничивается жилыми домами и цементом: она включает структурные элементы, внутреннюю отделку, коммерческую инфраструктуру и объекты гостеприимства. Однако жилье остается в фокусе внимания как наиболее понятный концепт.  На данный момент одну из самых благоприятных экосистем для аддитивного строительства, объединив инвестиции, регулирование и четкий путь внедрения для бетона, металлов, полимеров и систем цифрового учета, создал Дубай. 

Роль стартапов тоже важна, особенно если они сотрудничают с строительными гигантами, известными глобальным охватом и инвестициями в устойчивые решения. В Канаде пример стартапа Carbon Upcycling, сотрудничающего с Lafarge по производству альтернатив цементу на существующих заводах, демонстрирует эффективность такой модели. Когда новый экологичный материал получает поддержку компании с репутацией, к нему прислушиваются. Такой подход позволяет масштабироваться, сотрудничая с теми, кто уже задает тенденции.

Какие материалы для 3D-печати лучше? Однозначного ответа нет. В Мэне это дерево, в Колумбии — глина или земля, на Ближнем Востоке — полимеры или переработанные строительные отходы. Выбор определяется локацией, потребностями и целями.

Эксперты считают, что самое важное, перестать рассматривать аддитивное строительство как нишевую технологию. Речь идет не об эффектных демонстрациях или необычных домах, а о гибком инструменте решения реальных проблем. Если продолжать фокусироваться только на цементе и жилье, будет упущена суть технологии, которая должна дать отрасли больше возможностей.