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Le 3D-sceau pour les projets clés en main
Dans les conditions de la crise mondiale financière il est difficile de régler la production, mais justement à ce moment il y avoir apparaître et être incorporé des idées, qui peuvent permettre, en particulier, de diminuer les dépenses sur la construction du low-rise logement, les chemins et d'autres petits objets. Dans l'article donné on examine le déplacement des jet d'encre imprimantes ordinaires (2D) vers les imprimantes (3D-imprimantes) en trois dimensions.
Le transport des 2D-objets du petit montant du monde réel à l'ordinateur et est devenu à l'inverse rapide, simple et bon marché grâce à la large expansion des imprimantes et les scanneurs.
Par exemple, à Челябэнергопроект pour les travaux d'étude (les scannings et les sceaux) on applique le scanneur du format A3, les imprimantes du format A3 et le traceur coloré du format A1.

Appliqué à Челябэнергопроект pour les travaux d'étude le traceur coloré du format A1 Hewlett-Packard DesignJet 130
Appliqué à Челябэнергопроект pour les travaux d'étude le traceur coloré du format A1 Hewlett-Packard DesignJet 130

Il est nécessaire de sélectionner que le transport du 2D-objet dans l'ordinateur est possible.
Par exemple, à Челябэнергопроект pour les travaux d'étude (copiage) on applique la photocopieuse du format A0.

La photocopieuse du format A0 Ricoh FW780 appliquée à Челябэнергопроект pour les travaux d'étude
La photocopieuse du format A0 Ricoh FW780 appliquée à Челябэнергопроект pour les travaux d'étude
Cependant en cas du transport semblable des 3D-objets tout est plus complexe.
En effet, même le modelage informatique des 3D-objets non standard accessiblement seulement aux spécialistes, et en outre dans les paquets très coûteux, par exemple, dans le paquet Autodesk 3DS Max, qui se trouve près de 200 000 roubles.

Le modèle de la maison à Autodesk 3DS Max, créé par le spécialiste de Челябэнергопроект
Le modèle de la maison à Autodesk 3DS Max, créé par le spécialiste de Челябэнергопроект
Simplifie beaucoup le procès du transport des objets du monde réel à informatique les 3D-scanneurs spéciaux. Par exemple, à la conception de certaines rues de Moscou se planifie l'utilisation du balayeur spécial mobile laser, que, en passant selon les rues de la ville, donnera le 3D-modèle.
Le transport du 3D-modèle au monde réel est possible seulement avec l'aide de l'équipement coûteux sur la production ou au laboratoire, mais comme dans les conditions domestiques.
Si sera justifiée la création de l'objet réel selon son 3D-modèle, pourquoi il le faut ? Un principal besoin de l'industrie est une fabrication rapide des prototypes. En effet, est haute la probabilité de la réduction considérable du coût de l'élaboration du produit complexe en présence de la possibilité de regarder aux ingénieurs, ainsi que le client le produit réel (ou sa maquette), et non sur l'album des plans clairs pour seulement spécialistes correspondants.
En outre sur la maquette on peut organiser les tests encore avant que soit prête la variante définitive du produit. De plus, les prototypes permettent d'organiser tels tests, que sur le produit fini tu ne passeras pas. Par exemple, on peut utiliser le modèle transparent en plastique de l'approvisionnement en eau à la conception des constructions non standard, tels que le gratte-ciel tournant à Moscou. Mais l'essentiel ce que l'on peut faire un tel modèle très vite que de nos jours des grandes vitesses considérablement. Nous remarquerons, il y a une industrie entière rapide prototypage (rapid prototyping), qui tout juste et s'occupe de l'élaboration et les utilisations des technologies du sceau volumineux pour ces buts.
L'augmentation suivante – la production rapide. Déjà maintenant certaines technologies rapide prototypage permettent de fabriquer les objets prêts de divers documents. Cette décision idéale pour les petites séries productions, puisque le procès technique standard donne la possibilité de faire (dans les limites raisonnables) n'importe quoi pour l'assez petit temps. En plus certaines des technologies du 3D-sceau permettent vite de fabriquer les formes pour le moulage, mais la production est plus loin est connu déjà. On peut faire la parallèle avec les dispositifs digitaux sur la base de FPGA (field-programmable gate array), i.e. sur la base de la logique programmée, faisant la vraie révolution dans l'électronique. La technologie FPGA permet de décrire les schémas électroniques sur l'ordinateur, mais puis vite réaliser tout décrit au chip standard. Et en outre on peut fabriquer le microprocesseur, le microcontrôleur etc. pratiquement dans les conditions domestiques. Nous examinerons le premier degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction est une création des machines-outils programmable. Ils s'appellent CNC machines (CNC – computer numerically controlled, ou, les machines-outils programmables). Ces dispositifs peuvent être dirigés directement des CAD-programmes et couper, chantourner et forer dans le document du modèle, qui dans ces programmes sont élaborés. Les documents presque chacuns – du plastique ou l'arbre à métaux mous (le bronze, l'aluminium).
Par exemple, la gamme des machines-outils MDX de la compagnie Roland. Nous remarquerons que Roland livre vers les machines-outils la tête spéciale piézo-électrique scannant, qui permet de faire la transduction inverse – traduire les objets réels aux 3D-modèles informatiques.

Les machines-outils programmables appliquées pour l'application des 3D-représentations sur les produits en bois (le premier degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)
Les machines-outils programmables appliquées pour l'application des 3D-représentations sur les produits en bois (le premier degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)

Les CNC-machines-outils se divisent en trois aspects principaux: de tourneur, à fraise et routeurs (routers) (de nous intéressent le dernier aspect). Nous remarquerons que l'on produit les machines avec quatre degrés les libertés reunissant dans jusqu'au degré défini de la possibilité à fraise et les tours. Utiliser cette technique on peut pour la fabrication directe des objets selon les 3D-modèles, pour les gravures, le modelage, et aussi pour la préparation des formes pour le moulage qu'élargit beaucoup le domaine de son utilisation.
Nous examinerons le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction est une élaboration laser et les jet d'encre technologies du 3D-sceau.
Nous examinerons les moyens du sceau laser.
Le premier moyen: le laser ultraviolet graduellement, le pixel après le pel, allume le photopolymère liquide, ou le photopolymère brille par la lampe ultraviolette dans la photobible changeant avec la nouvelle couche, de plus il durcit et se transforme en plastique assez solide.
Le deuxième moyen – le collage laser: le laser la plastique brûle dans la poudre de alliage, la couche après la couche, le contour du futur détail, après cela la poudre superflue est secouée du détail prêt.
Le troisième moyen – laminage – le détail est créé d'une grande quantité de couches du document ouvrier, qui s'imposent graduellement l'un contre l'autre et se collent, de plus le laser coupe dans chacun le contour de la section du futur détail.
Nous examinerons les moyens de l'impression par jet d'encre.
Le premier moyen: la tête de distribution exprime la gélivité du document au refroidissement – sur le quai-base refroidi de la goutte la chauffée thermoplastique, qui se figent vite et se collent l'un avec l'autre, en formant les couches du futur objet le Deuxième moyen – la polymérisation du plastique photopolymérique sous l'effet de la lampe ultraviolette (le moyen est semblable sur précédent, mais le plastique durcit sous l'effet de l'ultraviolet).
Troisième – le collage ou le collage du document pulvérulent – même que le collage laser, seulement la poudre se colle par la substance collant entrant de spéciale les jet d'encre têtes, on peut reproduire de plus la coloration du détail, en utilisant la substance de liaison des diverses couleurs.
Nous examinerons le jet d'encre 3D-sceau plus en détail, puisque, évidemment, elle il est plus facile d'adapter pour la construction.
Le plus simple des procès du jet d'encre sceau volumineux est soi-disant. Fused Deposition Modeling (FDM). L'idée FDM est simple – la tête de distribution exprime sur le quai-base refroidi de la goutte la chauffée thermoplastique (à titre du document on peut utiliser pratiquement n'importe quel thermoplastique industriel). Les gouttes se figent vite et se collent l'un avec l'autre, en formant les couches du futur objet (le sceau est conduit ici couches). Le procès technique FDM permet avec une assez haute exactitude (de l'épaisseur minimale de la couche à 0,12 mm) fabriquer les détails entièrement prêts à l'utilisation du montant assez grand (jusqu'à 600x600x500 mm). Le producteur principal de l'équipement pour FDM est la compagnie Stratasys.
Nous remarquerons que NASA examine la technologie FDM à titre du candidat sur “la fabrique spatiale”. En effet, à l'expédition spatiale on ne peut pas prendre la quantité non limitée de pièces de rechange vers tout l'équipement, en plus placer l'atelier à valeur requise mécanique sur le navire spatial il est impossible. Mais voici de récupérer initial le plastique et l'ordinateur spécial compact, qui pourra faire de ce plastique le détail demandé – probablement.

La FDM-imprimante appliquée pour la fabrication des 3D-produits du plastique (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)
La FDM-imprimante appliquée pour la fabrication des 3D-produits du plastique (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)

Une autre technologie est une élaboration Polyjet de la compagnie Objet Geometries. Ici la jet d'encre tête est utilisée pour le sceau par le plastique photopolymérique. Le modèle est imprimé aussi la couche après la couche, et en outre la résolution dans la couche fait 600x300 dpi, mais l'épaisseur de la couche peut être menée de tout jusqu'à 0,16 mm. Chaque couche imprimée polymérise au plastique ferme sous l'effet de la lampe ultraviolette. En principe, cela ressemble à la stéréolithographie (l'historiquement plus premier moyen du sceau laser, l'essentiel de qui dans celui-là, à l'éclairage par la lumière ultraviolette le photopolymère liquide se trouvant dans la zone ouvrière de l'imprimante, durcit et se transforme en plastique assez solide), mais il est beaucoup plus rapide, plus exactement, il est plus facile et est plus compact. De plus le prix des imprimantes Objet à plusieurs fois moins que près des installations pour stéréolithographie. Le système analogue sous le nom InVison est produit par la compagnie 3D Systems. Il est nécessaire de sélectionner que les systèmes rapide prototypage ces dernières années baissent vite.
Et encore une technologie de l'impression par jet d'encre, mais avec l'utilisation des documents en poudre, était élaborée dans l'Institut technologique de Massachusetts, mais la compagnie Z Corporation est devenue le premier et le producteur principal de l'équipement. De celle-ci 3D les imprimantes sont assez bon marché (de 10 000$ jusqu'à 30 000$) et travaillent beaucoup plus vite dispositifs décrits ci-dessus. L'essentiel de la technologie suivant – spécial la jet d'encre tête (à propos, adapté des imprimantes à jet d'encre Hewlett-Packard) pulvérisé sur le document en poudre la substance collant. À titre de la poudre on utilise le plâtre ordinaire ou l'amidon. À “éclaboussé” les espaces la poudre se colle et forme le modèle. Le sceau, comme dans les cas précédents, va couches, mais la poudre superflue est secouée en fin. Il y a cependant une différence essentielle – cette imprimante peut utiliser le liquide collant avec le supplément des colorants de pigment – et donc, imprimer les modèles colorés. Dans l'imprimante colorée de Z Corporation sont établis 4 les jet d'encre têtes avec l'encre-colle des couleurs primitives, de sorte que le modèle reçu peut reproduire non seulement la forme, mais aussi la coloration (c'est-à-dire, la texture) le prototype virtuel. Les modèles de plâtre résultent pas trop solide, mais on peut les utiliser à titre des formes pour le moulage.

La 3D-composition Architecturale de la poudre (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)
La 3D-composition architecturale de la poudre (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)

Il est nécessaire de sélectionner une variante intéressante de l'impression par jet d'encre décrite ci-dessus en poudre élaborée par la compagnie ProMetal. Sa production de firme (soi-disant Direct Metal Process) travaille analogiquement, seulement au lieu de la poudre de plâtre seront appliqués la poudre métallique. Puis le préformées produit est brûlé au fourneau, de sorte que la poudre ou est alliée, ou contacte par le métal plus fusible (comme au collage laser des poudres métalliques).

Le 3D-détail fabriqué en le métal selon la technologie ProMetal (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)
Le 3D-détail fabriqué en le métal selon la technologie ProMetal (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)

Certainement, pour les besoins de construction le moyen du collage du document pulvérulent le plus possible s'approche. Dans ce cas au réservoir semblable à la cartouche dans les imprimantes à jet d'encre, se place le ciment, polymérique du document, la solution de la céramique, ou d'autres documents liquides; les quantités mesurées de matériaux de construction sont exprimées à travers les orifices, en formant la structure donnée par le fichier – le 3D-modèle dans l'ordinateur. Ce réservoir peut être translaté sur le chantier avec l'aide du robinet programmable.
Un tel principalement nouvel aspect de la technique automatisée de construction, qui dans la perspective peut être appliquée dans la construction de grande échelle des maisons et d'autres structures, était élaboré par les investigateurs du Centre de l'automatisation des méthodes de fabrication à l'université De Californie sur la base de et les jet d'encre 3D-imprimantes et les ordinateurs pour rapide prototypage.
L'élaboration des ordinateurs entre dans les plans de ces investigateurs pour la création sans étages, ainsi que les maisons à plusieurs étages.

La maison À plusieurs étages (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)
La maison à plusieurs étages (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)

L'ordinateur pour le 3D-sceau par le béton (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)
L'ordinateur pour le 3D-sceau par le béton (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)

On peut faire la parallèle avec la construction de la maison des couronnes (couches), qui comprennent à son tour de la profilée barre. Cependant, premièrement, dans le cas nous intéressant la 3D-imprimante se trouve sur le chantier (et non dans l'atelier, dans qui sont coupés barre profilée). Deuxièmement, le sceau se réalise du CAD-fichier avec le 3D-modèle (et non l'assemblage selon l'album des plans ordinaires). Troisièmement, les éléments de construction considérablement un plus petit montant (les matériaux de construction en poudre) selon la comparaison profilée par la barre se lient avec l'aide du document (ciment) spécial. Enfin, la présentation des matériaux de construction (le béton et de la profilée barre en conséquence) se réalise non par les constructeurs, mais avec l'aide du robot-robinet.

Le cottage de la profilée barre en région de Tchéliabinsk, Челябэнергопроект construit selon le projet (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)
Le cottage de la profilée barre en région de Tchéliabinsk, Челябэнергопроект construit selon le projet (le deuxième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)

Comme les architectes de ce nouveau moyen de la construction indiquent, le sceau par le béton fait des CAD-fichiers la construction des nouveaux objets plus rapide, exact (jusqu'au millimètre) bon marché et moins polluant le chantier. Diminuent aussi les déchets et les dépenses énergétiques.
Le degré suivant du développement des 3D-imprimantes pour la construction – le groupement de la forme et fonds.
En effet, le 3D-sceau examiné permet simultanément de créer la forme, ainsi que le contenu. Le contenu est considéré ici la farce électronique. Les investigateurs du Centre de l'automatisation des méthodes de fabrication à l'université De Californie précisent que dans les murs on peut insérer les détecteurs de la déformation (strain gauges) et les autres “intelligent” les composants, ainsi que changer les documents dans de diverses couches de la structure. Du technicien sanitaire, les systèmes électriques, la gestion des fenêtres etc. peuvent être automatisés aussi.

Le mur avec la farce insérée électronique (le troisième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)
Le mur avec la farce insérée électronique (le troisième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)

À l'université Loughborough le groupe de recherche de la production rapide travaille sur le moyen de la création de la structure jusqu'au niveau de l'armature et les meubles insérés. On conduit aussi les travaux sur les projets de l'étude des documents, la bionique (biomimicry), les constructions adaptives et les technologies pour la vérification et le maintien des structures qu' à beaucoup de fois (jusqu'à quelques ans) diminue la création de la maison selon les projets “clés en main” (il est nécessaire de sélectionner que dans la compagnie Челябэнергопроект créent les projets “clés en main”).
La technologie examinée a intéressé les architectes et les ingénieurs. “Our main interest is in making structures more efficient by controlling the amount and the distribution of material in the structure according to its needs” – l'ingénieur de Buro Happold à Londres a dit Jalal El-Ali.
Le degré suivant du développement des 3D-imprimantes pour la construction sont des 3D-imprimantes, qui peuvent reproduire les détails de la structure personnelle, c'est-à-dire reproduire. Aujourd'hui c'est tout à fait réalisable, et l'élaboration d'un tel ordinateur est conduite par le projet RepRap, et en outre l'information sur la structure de la 3D-imprimante et le logiciel nécessaire se répand sous les conditions de la licence GNU General Public Licence.

La 3D-imprimante (RepRap) du polymère, capable vers auto-réplication (le quatrième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)
La 3D-imprimante (RepRap) du polymère, capable vers auto-réplication (le quatrième degré du développement des 3D-imprimantes pour la construction)

Le groupement d'une telle 3D-imprimante avec autoenseignant par le neural réseau peut devenir cet ingénieur universel, de qui le mathématicien John écrivait le fond de Nejman il y a un demi-siècle (notamment sur la base de l'architecture le fond de Nejmana on construit les pécos modernes).
Ainsi, examiné “le sceau” permet plus d'une façon économique de produire complexe selon la forme et le contenu (avec “intelligent” par la farce, les meubles) les éléments colorés de construction avec haut et la détaillant qualité du traitement de la surface est direct selon le CAD-fichier. Aussi avec l'aide d'une nouvelle technologie la variation de la structure du document à l'intérieur de l'élément de la structure est possible par voie de l'utilisation pour la création des couches intérieures des différents documents.

Les sources:
1. Afanassiev K. Les 3D-imprimantes, 2004 [http://www.3dnews.ru/peripheral/3d-print/]
2. Bowen T. As prefabrication sheds its off-the-rack image, automation via 3D printing threatens to transform conventional construction, 2007
[http://archrecord.construction.com/tech/techBriefs/0704digne ws-2.asp]

L'auteur: Челябэнергопроект
La date: 03/03/2009

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