3D-печать в архитектурном бюро, Часть 1

В этой статье мы разберем:

· Зачем нужен 3D-принтер архитектурному бюро

· Сколько времени тратится на печать

· Какие проблемы возникают при печати

· Регламентация 3D-печати в архитектурном бюро

Во второй части мы подготовили регламент по подготовке модели!

Архитектура на кончике экструдера

Представьте: архитектор создает проект на компьютере, и уже через несколько часов принтер выдает не просто чертеж, а идеально детализированную миниатюру будущего здания. Несмотря на бум 3D-печати в машиностроении и протезировании, увидеть 3D-печать в архитектурном бюро — большая редкость!

Почему?

- Архитектурные бюро занимаются только стадиями «Р» и «П», где печать не требуется

- Легче заказать модель у студии 3D-печати

Но сейчас мы осознаем, что 3D-принтер в бюро стал не просто игрушкой, а полезным инструментом. С его помощью можно:

- Показать модель заказчику для понимания габаритов

- 3D-модели украшают подачу конкурсных проектов и делают ее запоминающейся

- Благодаря вариативности печати архитекторы могут протестировать каждое фасадное решение для выявления лучшего

- Печать существующей застройки для работы архитекторов-генпланистов помогает корректно размещать здания и сооружения на проектируемом участке

- Молодых специалистов привлекает возможность печати собственного проекта в режиме реального времени

- 3D-модели выделяют архитектурное бюро на фоне конкурентов, что создает дороговизну бренда и вариативность в решениях

- Заказчик при просмотре модели может в самые короткие сроки понять, как его объект будет выглядеть

Время печати: сколько 3D-моделей в сутках?

Скорость 3D-печати зависит от множества факторов:

Технология печати

FDM – послойное наложение расплавленного пластика. Простые объекты могут печататься от 30 минут до нескольких часов, а сложные модели — сутки и более.

SLA – лазерное отверждение фотополимерной смолы. Позволяет создавать высокодетализированные объекты, но занимает больше времени (от нескольких часов до суток).

SLS – спекание порошковых материалов лазером. Позволяет печатать прочные объекты, но из-за сложности процесса требует больше времени (от 12 до 48 часов).

Binder Jetting, DED и другие промышленные методы могут занимать дни, особенно если речь идет о металлических деталях или крупногабаритных конструкциях.

Сложность модели

Чем больше объект, тем больше времени требуется на его печать. Однако сложная геометрия, требующая поддержек, также может значительно увеличить время работы. Например, простой куб печатается быстрее, чем архитектурная модель с детализированными фасадами.

Высота слоя и разрешение

Печать с меньшей высотой слоя (например, 0,05 мм вместо 0,2 мм) позволяет получить более детализированную модель, но увеличивает время печати в 3–4 раза.

Более грубые настройки (0,3–0,4 мм) позволяют напечатать объект быстрее, но с потерей качества.

Скорость печатающего сопла

Обычные FDM-принтеры работают на скоростях 40–100 мм/с.

Высокоскоростные профессиональные машины могут достигать 300 мм/с, но это сказывается на точности.

Используемый материал

Пластик (PLA, ABS, PETG) обычно печатается быстрее, чем металл или фотополимер.

Металлические и композитные материалы требуют более сложной обработки. Например, спекания, что увеличивает общее время.

Давайте разберем на примерах, сколько в действительности времени занимает печать:

Малые объекты (до 10×10×10 см)

Среднее время печати: 30 минут – 6 часов Применение:

· Архитектурные элементы (миниатюрные здания, детали фасадов)

· Декоративные изделия, сувениры

· Прототипы небольших деталей

Примеры:

Простой куб 5×5×5 см (FDM, слой 0.3 мм, PLA-пластик): ~30–60 минут
Миниатюрный макет здания 8×8×8 см (SLA, слой 0.05 мм, фотополимер): ~3–4 часа
Детализированный элемент фасада 10×10×5 см (FDM, слой 0.2 мм, PETG): ~5–6 часов

Факторы, влияющие на время печати:

Чем выше детализация, тем дольше печать
SLA-печать занимает больше времени, но обеспечивает лучшее качество
Наличие поддержек и сложная геометрия увеличивают время печати

Средние объекты (10×10×20 см – 20×20×20 см)

Среднее время печати: 6–24 часа Применение:

· Архитектурные макеты зданий

· Фасадные элементы с высокой детализацией

· Декоративные скульптуры и функциональные детали

Примеры:

Стандартный макет здания 15×15×15 см (FDM, слой 0.2 мм, PLA): ~8–12 часов
Детализированный фасад с элементами рельефа 20×20×20 см (SLA, слой 0.05 мм, фотополимер): ~18–24 часа
Модуль городской мебели 15×10×20 см (FDM, слой 0.3 мм, ABS): ~10 часов

Факторы, влияющие на время печати:

Более высокая высота слоя (0.3 мм вместо 0.1 мм) позволяет сократить время на 30–50%
Печать на SLA будет медленнее, но точнее
Использование поддержек замедляет процесс на 20–30%

Крупные объекты (от 20×20×20 см и более)

Среднее время печати: 1–7 дней Применение:

· Архитектурные макеты в масштабе 1:100 и 1:50

· Крупные элементы городского дизайна

· Комплексные конструкции (например, фасадные панели)

Примеры:

Макет небоскреба 30×30×60 см (FDM, слой 0.3 мм, PLA): ~48–72 часа (2–3 дня)
Детализированный участок городской застройки 50×50×30 см (SLA, слой 0.05 мм, фотополимер): ~5–7 дней
Напечатанный павильон для выставки 3×3×2.5 м (SLS, бетонная смесь): ~1 неделя

Факторы, влияющие на время печати:

Для крупных объектов используют многосопловые системы или промышленные принтеры
Высота слоя значительно влияет на время: слой 0.1 мм требует в 2-3 раза больше времени, чем 0.3 мм
SLA и SLS-печать крупных объектов возможна, но занимает значительно больше времени из-за сложности технологии

Основные проблемы при 3D-печати

Даже если учтены все параметры, в процессе печати могут возникнуть сбои. Вот основные проблемы, с которыми сталкиваются пользователи 3D-принтеров.

1. Дефекты модели (разрывы, смещения, расслоения)

Причины:

· Неправильные настройки температуры экструдера

· Низкое качество филамента (материала, в случае FDM)

· Недостаточная адгезия первого слоя (плохое прилипание к платформе)

Решение:

· Регулировка температуры и скорости печати

· Использование качественных материалов

· Улучшение адгезии с помощью клея, лака или подогреваемого стола

2. Закупорка сопла

Причины:

· Использование филамента с примесями или неправильный нагрев экструдера

· Оставленный расплавленный пластик внутри сопла после остановки печати

Решение:

· Очистка сопла с помощью иглы

· Регулярное обслуживание и использование правильных температурных режимов

3. Потеря точности печати (смещение слоев, дрожание)

Кстати, эксперты рекомендуют печатать элементы именно ночью, потому что при любых сильных вибрациях (даже при ходьбе!) может смещаться ось экструдера, что ведет к нарушению геометрии объекта.

Причины:

· Слабое натяжение ремней в системе привода

· Недостаточная прочность конструкции принтера

· Превышение допустимой скорости печати

Решение:

· Проверка натяжения ремней и креплений

· Оптимизация скорости и ускорения печати

4. Деформация

Причины:

· Неравномерный нагрев печатной платформы

· Материалы с высоким коэффициентом усадки (например, ABS)

Решение:

· Использование принтеров с подогреваемым столом

· Применение термокамеры для печати сложных пластиков

5. Отсутствие поддержки или их сложность

Причины:

· Модель с нависающими частями без поддержки

· Слишком сложные или тонкие опоры

Решение:

· Добавление поддержек в программе слайсера

· Использование водорастворимых поддержек (PVA)

6. Электронные и механические сбои

Причины:

· Некорректное калибрование

· Прерывание питания во время печати

· Сбой программного обеспечения

Решение:

· Использование ИБП (источника бесперебойного питания)

· Регулярная проверка и обновление прошивки

Несмотря на множество плюсов, 3D-печать требует четких внутренних правил и стандартов по печати и подготовке, позволяющих гарантировать качество и предсказуемость результата

Именно поэтому многие бюро разрабатывают собственные регламенты для печати, охватывающие все этапы — от подготовки модели до финальной окраски.

1. Подготовка 3D-модели к печати

Для успешного применения 3D-печати в архитектурном макетировании необходимо стандартизировать алгоритм подготовки цифровых моделей:

Форматы файлов: для печати используются форматы .obj, .stl, .rhino
Очистка геометрии: важно удалить лишние элементы (перекрытия, перегородки, узлы), чтобы избежать дефектов при печати
Целостность контуров: модель должна формировать замкнутые объемы без разрывов
Стыковка фасадных элементов: линии стекла не должны пересекаться с другими элементами в одной плоскости, а конструктивные элементы фасада должны иметь точные привязки
Оптимизация структуры: избегание артефактов и ошибок в топологии модели, например, наложенных или висячих поверхностей

2. Выбор технологии 3D-печати

В архитектурном макетировании наиболее распространены две технологии:

SLA (Stereolithography) — метод послойного отверждения фотополимерной смолы с помощью лазера или ультрафиолета. Обеспечивает высокую детализацию, но требует последующей обработки

FDM (Fused Deposition Modeling) — метод послойного наложения расплавленного пластика. Применяется для более простых моделей, так как имеет ограниченную детализацию

Выбор метода зависит от требований к макету: SLA подходит для сложных фасадов и миниатюрных элементов, а FDM – для объемных и базовых конструкций.

3. Материалы и окраска

Для печати архитектурных макетов используются:

PLA-пластик — для объемных элементов окружения и проектируемой архитектуры
Фотополимерная смола — для фасадных деталей, деревьев, мелких элементов
Акрил (оргстекло) — для демонстрации прозрачных и специфических архитектурных деталей

Окраска осуществляется в соответствии с палитрой RAL, а степень детализации зависит от масштаба макета. Возможны три варианта окрашивания:

Только проектируемая архитектура
Проектируемая архитектура + подмакетник + окружение
Максимально детализированная окраска (добавление элементов благоустройства, автомобилей, людей)

4. Масштаб и габариты макетов

Выбор масштаба макета определяет уровень детализации:

1:2000 – габариты 400х400 мм
1:1000 – габариты 700х700 мм
1:500 – габариты 530х530 мм

Оптимальные формы макетов: круг, прямоугольник, нестандартные (по согласованию).

5. Контроль качества и стандартизация

Для повышения качества 3D-печати в бюро должны быть установлены следующие регламенты:

Четкие требования к подготовке 3D-моделей. (Читайте во второй части статьи)
Оптимизированные параметры печати (заполнение, поддерживающие структуры)
Проверка тестовых образцов перед массовым производством макетов
Каталогизация референсов удачных и неудачных примеров печати
Регулярное обновление стандартов в соответствии с новыми технологиями и материалами

Хотим напомнить:

Регламентация 3D-печати в архитектурном бюро позволяет минимизировать ошибки, сократить время на производство макетов и обеспечить их высокое качество.
3D-печать повышает уровень архитектурного бюро, что расширяет спектр оказываемых услуг.

Разработка внутренних стандартов по подготовке моделей, выбору материалов, технологии печати и окраске делает процесс макетирования предсказуемым, эффективным и соответствующим требованиям заказчиков.

Данная статья была написана при поддержке:

Главы департамента материалов и прототипирования бюро IND – Александра Князева

Архитектора отдела прототипирования – Ильи Кушнира

Автор – Швецов Никита

Подписывайтесь на наш тг-канал: https://t.me/dLabPlugin