АНАЛИЗ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Article Sidebar
Main Article Content
Аннотация
Анализ рассматривает развитие зарубежных аддитивных технологий (АТ) для предстоящей трансформации сферы водопользования, водоснабжения и водоотведения в России.
Предмет исследования: Аддитивные технологии (3D-печать) применительно к созданию элементов систем водоснабжения и водоотведения. Исследование направлено на решение проблемы технологической инерции отрасли, при которой современные знания о процессах очистки и транспортировки вод не могут быть реализованы без крупных инвестиций в традиционное строительство или циклов реконструкции.
Материалы и методы: Анализ проведен на основе рецензируемых источников, индексируемых в базах Google Scholar, Scopus и Web of Science за 2015–2025 гг. Классификация технологий выполнена в соответствии с ГОСТ Р 57558-2025 с дополнением зарубежных подпроцессов (FDM, SLS, SLM, SLA, DLP) для корректной интерпретации международного опыта.
Результаты: Установлено, что аддитивные технологии применяются при изготовлении широкой номенклатуры элементов ВКХ: форм для литья, рабочих колес насосов, запорно-регулирующей арматуры, труб и фитингов, теплообменных труб, мембранных подложек, фильтрующих элементов, бионосителей, аэраторов, элементов датчиков, а также бетонных и пластиковых строительных конструкций. Показано, что каждая технология (BJ, MJ, ME, DED, PBF, VP, SL, CP) имеет свою нишу: высокоточные методы применяются для прецизионных элементов (мембраны, фильтры), крупноформатные – для труб и строительных конструкций. Приведены примеры реализованных проектов: приемные камеры сточных вод, распределительные камеры, туалетные блоки, пластиковые колодцы и люки.
Выводы: Аддитивное производство вышло за рамки прототипирования и технически готово к решению задач ВКХ. Перспективы развития в России связаны с освоением автоматизированного ремонта изделий, изготовления запчастей и появления новых продуктов на рынке. Переход от единичных кейсов к тиражированию требует разработки методик оценки надежности и экономической эффективности в условиях длительной эксплуатации.
Article Details
Библиографические ссылки
Гинзбург А.В., Адамцевич Л.А., Адамцевич А.О. Строительная отрасль и концепция «Индустрия 4.0»: обзор // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 7. С. 885–911. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.7.885-911
Свирская В.И., Приймак Л.В. Внедрение элементов инновационных технологий при разработке инженерных систем // Актуальные вопросы строительства: взгляд в будущее: сборник научных статей по материалам II Всероссийской научно-практической конференции. Красноярск, 2023. С. 516–519.
Солопова В.А., Сухенко М.В., Борискина П.А. Технологии 3D-печати в пожарной безопасности // Апробация. 2017. № 1 (52). С. 10–11.
ГОСТ Р 57558-2025 «Аддитивные технологии. Базовые принципы. Термины и определения». Москва: Российский институт стандартизации, 2025.
Manotham S., Butnoi P., Tesavibul P. Application of alumina fabricated through photosensitive binder jetting techniques in water filtration // Rapid Prototyping Journal. 2025. Vol. 31 (8): 1821–1830. DOI: 10.1108/RPJ-12-2024-0496
Hernández F., Fragoso A. Fabrication of a stainless-steel pump impeller by integrated 3D sand printing and casting: mechanical characterization and performance study in a chemical plant // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. No. 7. P. 3539.
Gülcan O., Günaydın K., Tamer A. The state of the art of material jetting — a critical review // Polymers. 2021. Vol. 13. No. 16. P. 2829. DOI: 10.3390/polym13162829
Elliott O. et al. Design and manufacturing of high surface area 3d‐printed media for moving bed bioreactors for wastewater treatment // Journal of Contemporary Water Research & Education. 2017. Vol. 160. No. 1. P. 144–156. DOI: 10.1111/j.1936-704X.2017.03246.x
Tan W.S. et al. Comparison of solid, liquid and powder forms of 3D printing techniques in membrane spacer fabrication // Journal of Membrane Science. 2017. Vol. 537. P. 283–296. DOI: 10.1016/j.memsci.2017.05.037
Dong Y. et al. A novel bio-carrier fabricated using 3D printing technique for wastewater treatment // Scientific Reports. 2015. Vol. 5. No. 1. P. 12400. DOI: 10.1038/srep12400
Pavlovic A. et al. Polymers in Additive Manufacturing: the Case of a Water Pump Impeller // FME Transactions. 2017. Vol. 45. No. 3. DOI: 10.5937/fmet1703354P
Kotorčević N. et al. Material Extrusion 3D Printing of Micro-Porous Copper-Based Structure for Water Filters // Machines. 2024. Vol. 12. No. 7. P. 470. DOI: 10.3390/machines12070470
Ergene B. et al. An experimental investigation on mechanical performances of 3D printed lightweight ABS pipes with different cellular wall thickness // Journal of Mechanical Engineering and Sciences. 2021. Vol. 15. No. 2. P. 8169–8177. DOI: 10.15282/jmes.15.2.2021.16.0641
Zhang H. et al. Research and implementation of axial 3D printing method for PLA pipes // Applied Sciences. 2020. Vol. 10. No. 13. P. 4680. DOI: 10.3390/app10134680
Fini A.T. et al. Parametric Design of Easy-Connect Pipe Fitting Components Using Open-Source CAD and Fabrication Using 3D Printing // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2025. Vol. 9. No. 2. P. 65. DOI: 10.3390/jmmp9020065
Moga I.C. et al. Innovative technological solutions for efficient biological wastewater treatment // Annals of the Faculty of Engineering Hunedoara. 2020. Vol. 18. No. 4. P. 181–186. URL: https://annals.fih.upt.ro/pdf-full/2020/ANNALS-2020-4-26.pdf
Sun Y. et al. Application of 3d printing technology in sensor development for water quality monitoring // Sensors. 2023. Vol. 23. No. 5. P. 2366. DOI: 10.3390/s23052366
Gebhard L. et al. Structural behaviour of post-installed reinforcement for 3D concrete printed shells — A case study on water tanks // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 366. P. 130163. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.130163
Weng Y. et al. Comparative economic, environmental and productivity assessment of a concrete bathroom unit fabricated through 3D printing and a precast approach // Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 261. P. 121245. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.121245
Pimpley P. Success Factors for 3D Printing Technology Adoption in Construction: University of Maryland, College Park, 2019. URL: https://api.drum.lib.umd.edu/server/api/core/bitstreams/8c421aac-9e51-4553-a563-cd75325aabac/content
Kang S.H. et al. Additive manufacture of 3 inch nuclear safety class 1 valve by laser directed energy deposition // Journal of Nuclear Materials. 2021. Vol. 547. P. 152812. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2021.152812
Musa M. et al. Advanced manufacturing and materials for hydropower: Challenges and opportunities. Oak Ridge National Laboratory. Report No. ORNL/TM-2023/2835. 2023. 106 p. URL: https://info.ornl.gov/sites/publications/Files/Pub190558.pdf
Jayawardane H. et al. Investigating the 'techno-eco-efficiency' performance of pump impellers: metal 3D printing vs. CNC machining // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022. Vol. 121. No. 9. P. 6811–6836. DOI: 10.1007/s00170-022-09748-2
Adiaconitei A. et al. Manufacturing of closed impeller for mechanically pump fluid loop systems using selective laser melting additive manufacturing technology // Materials. 2021. Vol. 14. No. 20. P. 5908. DOI: 10.3390/ma14205908
Liu C. et al. Heat transfer enhancement characteristics of sinusoidal corrugated tubes fabricated via laser powder bed fusion // Case Studies in Thermal Engineering. 2024. Vol. 60. P. 104722. DOI: 10.1016/j.csite.2024.104722
Spickler B. et al. Surface roughness and dimensional evaluation of laser powder bed fusion additively manufactured shell and tube heat exchangers // Thermal Science and Engineering Progress. 2025. P. 103858. DOI: 10.1016/j.tsep.2025.103858
Sreedhar N. et al. 3D printed feed spacers based on triply periodic minimal surfaces for flux enhancement and biofouling mitigation in RO and UF // Desalination. 2018. Vol. 425. P. 12–21. DOI: 10.1016/j.desal.2017.10.010
Yuan S. et al. Super-hydrophobic 3D printed polysulfone membranes with a switchable wettability by self-assembled candle soot for efficient gravity-driven oil/water separation // Journal of Materials Chemistry A. 2017. Vol. 5. No. 48. P. 25401–25409. DOI: 10.1039/C7TA08836A
Felsberger T. Hierarchically porous ceramics with surface functionalities structured by vat photopolymerization: Technische Universität Wien, 2024. DOI: 10.34726/hss.2024.123421
Zarybnicka L. et al. 3D printed heterogeneous cation exchange membrane processed using stereolithography // Journal of Applied Polymer Science. 2023. Vol. 140. No. 35. P. e54341. DOI: 10.1002/app.54341
Ray S.S. et al. Solvent based slurry stereolithography 3D printed hydrophilic ceramic membrane for ultrafiltration application // Ceramics International. 2020. Vol. 46. No. 8. P. 12480–12488. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.02.010
Mohd Nizam N.H., Badrol Hisam Z.A., Zazani A.H. Innovation of 3D-printed waste-derived graphene oxide for water treatment via digital light processing // Proceeding for International Undergraduates Get Together 2024 (IUGeT 2024): Undergraduates' Digital Engagement Towards Global Ingenuity. 2nd Edition. 2024. P. 196–205. URL: https://ir.uitm.edu.my/id/eprint/118743
Roy Barman S. et al. 3D-printed materials for wastewater treatment // JACS Au. 2023. Vol. 3. No. 11. P. 2930–2947. DOI: 10.1021/jacsau.3c00409
Carolan M., Chen C., Chen J., Miller C., Minford E., Waldron W. ITM Ceramic Membrane Technology to Produce Synthesis Gas // ECS Transactions. 2008. P. 319–325. DOI: 10.1149/1.3050403
Zhang Y. et al. Al2O3 ceramics preparation by LOM (laminated object manufacturing) // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2001. Vol. 17. No. 7. P. 531–534. DOI: 10.1007/s001700170154
Schoenmaker T. 3D Printing of Flow Profiles for Inspection Chambers and Manholes // Journal of Civil Engineering Research & Technology. 2024. Vol. 6. No. 3. P. 1–5. DOI: 10.47363/sqtbnq87