МЕТОДЫ АРМИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ИХ ВОЗВЕДЕНИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ 3D-ПРИНТЕРА

Андрей Николаевич Парфиевич; Николай Николаевич Черкасов

doi:10.36773/1818-1112-2025-137-2-73-77

Авторы

Андрей Николаевич Парфиевич УО «Брестский государственный технический университет» https://orcid.org/0000-0003-1065-0704
Николай Николаевич Черкасов ЗАО «Солигорский Институт проблем ресур-сосбережения с Опытным производством» https://orcid.org/0009-0002-7733-8096

DOI:

https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-137-2-73-77

Ключевые слова:

методы армирования 3D-печатных конструкций, внутреннее армирование, внешнее армирование, интегрированное армирование, прутковый армировщик строительного 3D-принтера

Аннотация

В последние годы строительство с помощью 3D-принтеров стремительно завоёвывает популярность, что обусловлено высокой скоростью возведения объектов и возможностью создания сложных форм. Ключевое направление исследования – методы армирования 3D-печатных конструкций, позволяющие улучшить механические свойства готовых изделий. Армирование служит критически важным элементом, повышающим его прочность и долговечность зданий, отпечатанных с применением современных технологий.

Внутреннее армирование является одним из основных подходов, при котором армирующие элементы интегрируются непосредственно в сечение строительного материала при печати. Внешнее армирование реализуется посредством установки дополнительных элементов на поверхность уже отформованной конструкции, что улучшает её сопротивление к воздействию внешней среды, таких как перепады температур и механические удары.

Рассмотрен метод интегрированного армирования, позволяющий сократить затраты на материалы и монтаж, что имеет важное значение в условиях современного строительства.

Особое внимание в статье уделяется рассмотрению инновационного решения – стержневому армировщику строительного 3D-принтера. Такое оборудование способно автоматически встраивать армирующие прутки в печатаемые конструкции, что минимизирует человеческий фактор и повышает точность монтажа армирующих элементов. Интеграция данного устройства в процесс 3D-печати открывает новые перспективы в строительной индустрии, позволяя существенно ускорить время возведения объектов при одновременном улучшении их структурной надёжности.

Биографии авторов

Андрей Николаевич Парфиевич, УО «Брестский государственный технический университет»

Кандидат технических наук, доцент, проректор по учебной работе, УО «Брестский государственный технический университет», Брест, Беларусь.

Николай Николаевич Черкасов, ЗАО «Солигорский Институт проблем ресур-сосбережения с Опытным производством»

Инженер-конструктор, ЗАО «Солигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством», Солигорск, Беларусь; преподаватель кафедры технологии и оборудование разработки месторождений полезных ископаемых, филиал Белорусский национальный технический университет, Солигорск, Беларусь.

Библиографические ссылки

State of the Art Review of Reinforcement Strategies and Technologies for 3D Printing of Concrete // Energies. – 2022. – Vol. 15, No. 1. – URL: https://www.mdpi.com/1996-1073/15/1/360.

Патент РФ № 2683447. Способ возведения монолитного здания, сооружения методом 3d-печати и устройство для его осуществления, E 04 С 5/07. Заявл. 05.12.2017, опубл. 28.03.2017.

Патент РФ № 2724163. Экструдер строительных смесей для 3D-принтера, В 29 С 64/209. Заявл. 28.08.2019, опубл. 22.06.2020.

Пат. 13479 U Респ. Беларусь : МПК (2017.01) В 29С 64/209 / Черкасов Н. Н., Нерода М. В.; дата публ.: 2024.05.20.

Additive manufacturing of concrete in construction: potentials and challenges of 3D concrete printing / F. Bos, R. Wolfs, Z. Ahmed, T. Salet // Virtual and Physical Prototyping. – 2016. – Vol. 11, Iss. 3. – P. 209–225. – DOI: 10.1080/17452759.2016.1209867.

Mix design and fresh properties for high-performance printing concrete / T. T. Le, S. A. Austin, S. Lim [et al.] // Materials and Structures. – 2012. – Vol. 45, Iss. 8. – P. 1221–1232. – DOI: 10.1617/s11527-012-9828-z.

Perrot, A. Structural built-up of cement-based materials used for 3D-printing extrusion techniques / A. Perrot, D. Rangeard, A. Pierre // Materials and Structures. – 2016. – Vol. 49, Iss. 4. – P. 1213–1220. – DOI: 10.1617/s11527-015-0571-0.

Ma, G. State-of-the-art of 3D printing technology of cementitious material – An emerging technique for construction / G. Ma, L. Wang, Y. Ju // Science China Technological Sciences. – 2018. – Vol. 61, Iss. 4. – P. 475–495. – DOI: 10.1007/s11431-016-9077-7.

Panda, B. Mechanical properties and deformation behaviour of early age concrete in the context of digital construction / B. Panda, J. H. Lim, M. J. Tan // Composites Part B: Engineering. – 2019. – Vol. 165. – P. 563–571. – DOI: 10.1016/j.compositesb.2019.02.040.

3D printing using concrete extrusion: A roadmap for research / R. A. Buswell, W. R. Leal de Silva, S. Z. Jones, J. Dirrenberger // Cement and Concrete Research. – 2018. – Vol. 112. – P. 37–49. – DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.05.006.

Wolfs, R. J. M. Early age mechanical behaviour of 3D printed concrete: Numerical modelling and experimental testing / R. J. M. Wolfs, F. P. Bos, T. A. M. Salet // Cement and Concrete Research. – 2018. – Vol. 106. – P. 03–116. – DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.02.001.

Hambach, M. Properties of 3D–printed fiber–reinforced Portland cement paste / M. Hambach, D. Volkmer // Cement and Concrete Composites. – 2017. – Vol. 79. – P. 62–70. – DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2017.02.001.

Cementitious materials for construction–scale 3D printing: Laboratory testing of fresh printing mixture / A. Kazemian, X. Yuan, E. Cochran, B. Khoshnevis // Construction and Building Materials. – 2017. – Vol. 145. – P. 639–647. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.04.015.

Developments in construction–scale additive manufacturing processes / S. Lim, R. A. Buswell, T. T. Le [et al.] // Automation in Construction. – 2012. – Vol. 21, Iss. 1. – P. 262–268. – DOI: 10.1016/j.autcon.2011.06.010.

A critical review of the use of 3-D printing in the construction industry / Peng Wu, Jun Wang, Xiangyu Wang // Automation in Construction. – 2016. – Vol. 68. – P. 21–31. – DOI: 10.1016/j.autcon.2016.04.005.

Additive construction: State-of-the-art, challenges and opportunities / Nathalie Labonnote, Anders Rønnquist, Bendik Manum, Petra Rüther // Automation in Construction. – 2016. – Vol. 72. – P. 347–366. – DOI: 10.1016/j.autcon.2016.08.026.

Developments in construction-scale additive manufacturing processes / S. Lim, R. A. Buswell, T. T. Le [et al.] // Automation in Construction. – 2012. – Vol. 21. – P. 262–268. – DOI: 10.1016/j.autcon.2011.06.010.

Fiber reinforcement during 3D printing / S. Christ, M. Schnabel, E. Vorndran [et al.] // Materials Letters. – 2015. – Vol. 139. – P. 165–168. – DOI: 10.1016/j.matlet.2014.10.065.

Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges / Tuan D. Ngo, A. Kashani, G. Imbalzano [et al.] // Composites Part B: Engineering. – 2018. – Vol. 143. – P. 172–196. – DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.02.012.

Khoshnevis, B. Automated construction by contour crafting – related robotics and information technologies / B. Khoshnevis // Automation in Construction. – 2004. – Vol. 13, Iss. 1 – P. 5–19. – DOI: 10.1016/j.autcon.2003.08.012.