Цифровой бетон и интеллектуальные 4D-материалы — новые горизонты для строительной отрасли

Более десяти лет я проработал в рамках экономики замкнутого цикла и недавно столкнулся с поразительным фактом: каждую минуту в ЕС производится 950 тонн строительных отходов. Этого количества отходов достаточно, чтобы заполнить целое футбольное поле. Довольно быстро мне стало ясно, что нам нужны более совершенные строительные процессы и более экологичные материалы.

Одно из решений — новая тенденция 3D-печати, в частности, — 3D-печать бетона (3D concrete printing или 3DCP). У этого явления много названий, включая аддитивное производство, цифровое производство, но в нашем случае 3DCP — это, по сути, экструзия бетона или послойная укладка бетона при помощи 3D-печати. Это уникальная область, которая объединяет различных экспертов, таких как материаловеды, разработчики программного обеспечения, дизайнеры, инженеры-конструкторы, специалисты по автоматизации и, что наиболее важно, креативные визионеры. Все эти профессионалы нужны, чтобы сформулировать инновации завтрашнего дня.

Цифровизация меняет каждый аспект строительства и влияет на весь жизненный цикл зданий, от процесса проектирования и автоматизированного строительства до технического обслуживания. 3DCP может сократить количество отходов, создать новые инновационные конструкции, которые раньше были невозможны, и внести свой вклад в переход строительной отрасли к экологичным практикам. Кроме того, мы можем еще больше снизить углеродный след, используя вторичное сырье, такое как переработанные заполнители и сырой цемент.

Так называемые 4D-интеллектуальные материалы могут использоваться для повышения устойчивости конструкций, напечатанных на 3D-принтере. Это материалы, которые обладают свойствами самовосстановления. В рамках консорциума 3DGREEN-CON и одноименного научно-исследовательского проекта, софинансируемого Европейским инновационным советом (EISMEA), мы разработали первый в мире самовосстанавливающийся бетон, пригодный для 3D-печати. Хотя по-прежнему требуются дополнительные исследования, мы очень оптимистично смотрим на будущие перспективы бетона. Этот прорыв не случился бы без уникального передового опыта Финляндии в области материаловедения и цифровых технологий.

Помимо того, о чем уже было сказано, потенциал применения этой технологии огромен. Ее можно использовать в наземных приложениях, таких как дома, офисы, строительные конструкции и скульптуры. Но есть также огромное количество более экзотических областей, таких как морские строительные конструкции, например, искусственные рифы и волноломы, которые используются для восстановления морской экосистемы. Еще более нишевой областью являются сооружения для подводной жизни, которые имеют большое значение во многих прибрежных странах, страдающих от повышения уровня моря. Я считаю, что Финляндия может стать крупным экспортером этих новых высокотехнологичных продуктов: в связи с надвигающимся изменением климата эти продукты нужны больше, чем когда-либо.

Для тех, кто задается вопросами, есть ли широкий интерес к этим материалам или находят ли интересной эту тему молодые таланты, ответ — большое «да». Когда я преподавал в немецком университете, я обнаружил, что молодые специалисты не только понимают основные концепции технологий и устойчивого развития, которым я их обучал, но и активно продвигают их, делая еще один шаг вперед. Они активно задавали вопросы о возможности применения 3D-печати в строительной индустрии для создания мест обитания на других планетах.

Такие страны, как Франция, Швейцария и Нидерланды, намного опережают мир в области 3D-печати в строительстве. Они не только бенефициары щедрых грантов ЕС на исследования и разработки, но также получают большие государственные субсидии для пилотных проектов и необходимые разрешения в этом секторе. Подобные решения также были с энтузиазмом восприняты местными муниципалитетами. В ОАЭ, Саудовской Аравии и Нидерландах на 3D-принтере уже напечатаны различные строения, в том числе офисы, дома и мосты. В Мексике на 3D-принтере был изготовлен целый квартал одноэтажных домов.

Было бы хорошо увидеть такой же энтузиазм в Финляндии. Я надеюсь, что это поможет создать более инновационное и устойчивое будущее. Я приглашаю европейские научно-исследовательские и технологические организации, университеты, корпорации, государственные органы и финансирующие организации к сотрудничеству и стимулированию инноваций, внедрению и применению этой новой формирующейся тенденции индустрии 4.0.