Применение 3D технологий в производстве навесных фасадных систем. Бионический фасад.

В современных реалиях и тенденциях развития строительства однотипные дома-коробки и скучная архитектура сменяется современным дизайном, плавными, изогнутыми линиями с использованием инновационных технологий и материалов.
Компания «ЗИАС», идя в ногу со временем, разработала уникальные 3D принтеры, не имеющие аналогов в России. Благодаря технологиям 3D печати архитекторы могут воплощать в жизнь самые смелые архитектурные решения.
О 3D технологиях для строительства побеседовали с руководителем технического департамента компании «ЗИАС» Дмитрием Александровичем Карнаковым.
– Дмитрий Александрович, расскажите, что такое современные 3D технологии?
В начале 1980-х начали развиваться новые методы производства деталей, основанные не на удалении материала как традиционные технологии механической обработки, а на послойном изготовлении изделия по трёхмерной модели.
Современные технологии получили ряд преимуществ – это сокращение материалов на изготовление и себестоимости изделий. В том числе с внедрением аддитивных технологий значительно сокращается количество материалов для изготовления деталей, а значит, себестоимость готового продукта будет ниже. В некоторых отраслях при традиционных способах производства производственные отходы могут составлять до 80%. Также вариативность и индивидуализация изделий. Для изготовления разных вариантов изделия достаточно внести небольшие изменения в исходную 3D-модель – это очень удобно, когда в сжатые сроки нужно усовершенствовать изделие или представить несколько вариантов.
– Интересно узнать, как эти технологии могут применяться в производстве навесных фасадных систем?
Технологии трёхмерной печати позволяют изготавливать декоративные панели практически любой формы в соответствии с любыми смелыми фантазиями архитекторов. Такие панели заметно обогащают внешний облик здания за счёт неповторяющейся структуры бионической архитектуры.
Одним из ярких примеров применения этой технологии – здание госпиталя в Мехико, облицованное по технологии Double Skin. Здесь оболочка из модулей не только выполняет декоративные, но и защитные функции. Концепция и технология разработана в немецком архитектурном бюро Elegant Embellishments.
– А где ваша компания производит 3D принтеры?
На сегодняшний день ЗИАС имеет две технологические площадки для производства 3D принтеров. Одна расположена в Новоалтайске, вторая в Санкт-Петербурге. Производственная площадь сборочных цехов составляет более 1500 квадратных метров. На предприятии задействовано 80 человек, причём половина из них инженерно-конструкторский состав.

Питерская производственная площадка была основана относительно недавно и именно там планируется размещение основного производства, а также аккумулирование инженерного состава. В рамках этого технологического пространства планируется совершенствование уже существующих изделий, а также освоение новых технологий.
– Дмитрий Александрович, расскажите, пожалуйста, о технологиях и оборудовании, которые применяет ваша компания. В чем их уникальность?
Уникальность наших продуктов в том, что производство локализовано в России, а вся технологическая цепочка состоит на 90% из российских комплектующих.
Если говорить об уникальности самой технологии, то её основное преимущество в том, что на наших принтерах изготавливаются не сами детали, а оснастка для их производства (в основном методом литья). Поэтому характеристики получаемых изделий остаются точно такими же, как если бы они производились традиционным способом. То есть, не требуется каких-либо дополнительных сертификаций при переходе от традиционного способа производства, к методу изготовления через формы, напечатанные на 3D принтере.
В то же время технология 3D печати позволяет изготавливать такие литейные формы, которые стандартными методами невозможно произвести – с любыми конфигурациями и внутренними полостями любой степени сложности.

– Интересно, что такое бионические фасады, бионическая архитектура и какие виды бионических фасадов бывают?
Технократическое развитие последних десятилетий давно подчинило себе образ жизни человека. Шаг за шагом человечество вышло из своей экологической ниши обитания на планете. Фактически, мы стали жителями искусственной «природы», созданной из стекла, бетона и пластика, совместимость которой с жизнью природной экосистемы неуклонно стремится к нулю. И чем сильнее искусственная природа захватывает живую, тем более явственной становится потребность человека в естественной, природной гармонии. Наиболее вероятным способом возврата человечества «в лоно природы», восстановления равновесия между двумя мирами является развитие современной бионики.

Архитектурная бионика – это инновационный стиль, берущий все самое лучшее от природы: рельефы, контуры, принципы формообразования и взаимодействия с окружающим миром. Во всем мире идеи бионической архитектуры успешно воплощены известными архитекторами
– А как производятся бионические фасады? Область их применения?
Фасады бионических форм изготавливаются методом литья в напечатанные на 3D принтере формы. Все начинается с идеи архитектора, которую он воплощает в виде трёхмерных моделей на компьютере. Важным шагом внедрения бионической архитектуры стало использование систем параметрического проектирования, которые позволяют проектировать сложные по форме здания, при этом используя набор унифицированных стержневых и узловых элементов. Простейшую структуру можно создать из неизменяемых ячеек в форме многогранников: куба, тетраэдра и др.
В параметрическом проектировании важное место отводится развитию морфологии пространственных паттернов, как структурных элементов, слагающих пластичный объём. Далее модель обрабатывается конструкторами и создаётся оснастка для литья формы. Оснастка печатается на 3D принтере, и, в принципе, не имеет ограничений ни по форме, ни по сложности конечного изделия. Отлитая форма монтируется на фасадные конструкции, позволяющие крепить крупноформатную облицовку. Как правило, конструкция облицовки является самонесущей и не требует дополнительного внутреннего каркаса. Такие панели в большинстве случаев несут декоративную функцию, что не требует их отдельной сертификации как новой конструкции и получения Технических Свидетельств.
– Получается, что бионические фасады – новое направление в российском строительстве, которое должно иметь преимущества по сравнению со стандартными решениями?
Под бионической архитектурой следует понимать не только применение в строительстве природных материалов, но и заимствование природных форм, подчинение естественному рельефу среды и климатическим условиям. Здания имеют динамичные и неправильные очертания, создающие впечатление отдельного организма со своими функциями и развитием, как любое растение или живой организм.
Целью бионики является создание пространств, отвечающих своим первоначальным задачам.
Биоархитектура включает в себя и создание новых строительных материалов, структура и форма которых заимствуется в природной среде.
– Преимущества понятны, а откуда берутся идеи по созданию форм бионических фасадов?
Поиск новых идей ведётся по многим направлениям. Архитектура бионических фасадов стремится найти отражение в моделях живой природы. Известны паттерны в виде мыльных пузырей, гидрологических сосудистых систем, протеиновых складок, клеточных автоматов, точек притяжения, силовых полей, муаров, фракталов, атомных и молекулярных структур, тканей, вирусов и микроорганизмов, различных гибридов и их производных. Основное место при проектировании пространственных паттернов, при этом отводится архитектурной геометрии и теории композиции, основанных на таких понятиях, как гармония, ритм, метр, цвет, фактура, с поправкой на нелинейную природу объектов.
– Получается, что сегодня архитекторы смело экспериментируют с использованием бионического фасада на объектах?
Технология использования 3D печати для бионических фасадов как раз возникла на появившейся в последнее время спрос на такие конструкции. Как правило, архитекторы продолжают искать новые формы и новые фактуры для вдохновения. Предоставив эту технологию сейчас, мы как бы говорим им: «Вдохновляйтесь и творите, все остальное мы берём на себя». Главная задача для нас – убрать все технологические рамки.
– Остаётся вопрос цены: насколько высокотехнологичный бионический фасад дороже стандартных решений? Выгодно ли это в современных реалиях?
Здесь надо понимать с чем сравнивать. Если говорить: дешевле ли плоская стена из керамогранита по сравнению со стеной с декоративным фасадом. То ответ однозначный, нет, не дешевле. Но если посмотреть на этот вопрос по-другому: можем ли мы сделать те вещи, которые предполагает бионический фасад традиционным способом. Может и можем, но стоимость таких решений будет несоизмеримо выше. Использование технологий, предлагаемых компанией ЗИАС, позволяет использовать компромиссное по стоимости, но бескомпромиссное по технологии решение, позволяющее воплотить именно то, что задумал архитектор, именно в том виде и именно с тем материалом.
Поэтому ответ здесь однозначен. Если цена является основным фактором внешнего вида, то такое решение скорее всего не подойдёт. Если же внешний вид, дизайн и архитектура важнее, то наши решения позволят их сделать самым экономичным способом.
– Бионические фасады имеют разные формы, значит должны быть решения и по креплению. Какие решения использует ваша компания?
Как правило, панели бионических фасадов – крупноформатные, поэтому, в решениях ЗИАС для крепления подобного вида облицовки разработаны технические решения позиционных кронштейнов ZIAS Heavy.
Такое решение позволяет монтировать большеформатные облицовки с опиранием только по угловым точкам с возможностью регулировки монтажа по всем трём осям после установки панели. Это значительно ускоряет и упрощает монтаж фасадной облицовки в целом, а также максимально исключает влияние человеческого фактора на, качество монтажных работ.
– А на сколько сложно проектировать бионические фасады и какие ресурсы для этого есть у компании «ЗИАС»?
Процесс создания формы фасадов – это творческая задача, требующая архитектурного подхода к решению облика здания, вписывания его в окружающее пространство. Мы воспринимаем такой подход как поиск решения поставленных задач.
Однако, конструкторская задача в этом случае достаточно проста и тривиальна за счёт хорошо проработанных решений по креплению крупноформатных панелей.
В таком тандеме работы конструктора и архитектора из процесса проектирования бионических фасадов максимально убраны рутинные процессы, оставляя больше возможностей для творческого подхода.
– То есть, можно сказать, что за бионической архитектурой будущее?
Правильнее сказать, что «всему своё место». Несомненно, мест применения для бионических фасадов достаточно много. Главный фактор – соблюдение гармонии с окружающим пространством.
– В будущее архитектуры мы заглянули, а какие планы у компании «ЗИАС» касательно производства бионических фасадов и использования 3D технологий в производстве фасадных решений?
В ближайших планах изготовление принтеров большей вместимости, позволяющих печатать более объёмные формы. Следующим шагом к развитию темы с бионическим фасадом будет разработка топологически оптимизированных конструктивных деталей, которые позволяют не только создать привлекательный внешний вид сложной геометрии, но и сократить вес самих деталей до 3 раз без потери несущей способности.