چاپ سه بعدی در ساخت و ساز ساختمان و تاریخچه
چاپ سه بعدی در ساخت و ساز ساختمان ها
چاپ سه بعدی در ساخت و ساز ساختمان ها : (c3dp) مخفف Construction 3D Printing و یا (3DCP) مخفف 3D construction Printing
چاپ سه بعدی ساختمانی یا چاب سه بعدی ساخت و ساز که امروزه زیاد ازشون میشنویم و تقریبا داره به یکی از جذابترین مسائل در زمینه ساخت و ساز تبدیل میشه .
برای کاربران پرینتر سه بعدی هم این موضوع خیلی جذابه که این تکنولوژِ بی پایان چه قدرت هایی میتونه داشته باشه .
سیستم ساخت و ساز خودران رباتیک (ARCS) ، ساخت افزودنی در مقیاس بزرگ (LSAM) ، یا ساخت و ساز آزاد (FC) این جملات جملاتی است که امروزه زیاد تکرار میشه و در آینده هم بیشتر ازشون میشنویم .
چندین سازه در نقاط مختلف این کره زمین با استفاده از این تکنولوژی ها ساخته شدند که اخبار جالبی هم ازشون منتشر شد.
روش‌های پرینت سه بعدی ساختمانی
روش‌های متنوعی در مقیاس ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که عمده‌ترین آنها عبارتند از اکستروژن (بتن / سیمان، موم، فوم، پلیمرها)، پیوند پودری (پیوند پلیمری، پیوند راکتیو، )، و جوشکاری افزودنی. پرینت سه بعدی در مقیاس ساختمانی کاربردهای بسیار متنوعی در بخش خصوصی، تجاری، صنعتی و عمومی خواهد داشت.
مزایا
مزایای بالقوه این فناوری‌های اتوماسیون عبارتند از ساخت سریع‌تر، هزینه‌های کمتر، سهولت ساخت، امکان ساخت DIY، افزایش پیچیدگی و/یا دقت، یکپارچگی بیشتر عملکرد، و تولید زباله کمتر.
این فناوری در سال‌های اخیر با بسیاری از شرکت‌های جدید، از جمله برخی که توسط نام‌های برجسته صنعت ساختمان و دانشگاه حمایت می‌شوند، افزایش قابل توجهی داشته است. این به چندین نقطه عطف مهم منجر شد، مانند اولین ساختمان پرینت سه بعدی، اولین پل چاپ سه بعدی، اولین قسمت چاپ سه بعدی در یک ساختمان عمومی، اولین ساختمان پرینت سه بعدی زنده در اروپا.
تحولات اولیه 1995-2000
توسعه و تحقیق اولیه پرینت سه بعدی ساخت و ساز از سال 1995 در حال انجام است. دو روش ابداع شد، یکی توسط Joseph Pegna که بر تکنیک تشکیل شن و سیمان متمرکز بود که از بخار برای اتصال مواد در لایه ها یا قطعات جامد استفاده می کرد. اگرچه این تکنیک هرگز عملی نشد .
تکنیک دوم توسط یک ایرانی
تکنیک دوم، Contour Crafting توسط بهرخ خوشنویس (بهرخ خوشنویس دانشمند توانمند ایرانی و مخترع تکنولوژی پرینت سه‌بعدی سازه‌های عمرانی و ساختمانی در فضا است که تاکنون سه جایزه طراحی آینده ناسا را کسب کرده است.) در ابتدا به عنوان یک روش جدید اکستروژن و شکل دهی سرامیک، به عنوان جایگزینی برای تکنیک های نوظهور چاپ سه بعدی پلیمری و فلزی آغاز شد و در سال 1995 به ثبت رسید.
خوشنویس متوجه شد که این تکنیک می تواند از این تکنیک ها فراتر رود، جایی که “روش های فعلی محدود به ساخت ابعاد قطعاتی است که معمولاً در هر بعد کمتر از یک متر است”.
در حدود سال 2000، تیم خوشنویس در USC Vertibi شروع به تمرکز بر چاپ سه بعدی خمیرهای سیمانی و سرامیکی در مقیاس ساخت و ساز، شامل و بررسی ادغام خودکار آرماتورهای مدولار، لوله کشی داخلی و خدمات الکتریکی، در یک فرآیند ساخت مداوم کرد.
این فناوری تا به امروز فقط در مقیاس آزمایشگاهی آزمایش شده است و به طور بحث برانگیز و ظاهراً مبنای تلاش های اخیر در چین بوده است.
2000-2010
در سال 2003، Rupert Soar بودجه ای را تامین کرد و گروه ساخت و ساز آزاد را در دانشگاه لافبورو انگلستان تشکیل داد تا پتانسیل افزایش مقیاس تکنیک های چاپ سه بعدی موجود برای کاربردهای ساخت و ساز را بررسی کند.
کار اولیه چالش رسیدن به نقطه سربه‌سر واقعی برای فناوری در مقیاس ساخت و ساز را شناسایی کرد.
در سال 2005، این گروه بودجه ای را برای ساخت یک ماشین چاپ سه بعدی ساخت و ساز در مقیاس بزرگ با استفاده از مولفه های “خارج از قفسه” (پمپ زدن بتن، بتن پاششی، سیستم دروازه ای) تامین کرد تا کشف کند که چنین اجزایی چقدر می توانند پیچیده باشند و به طور واقع بینانه نیازهای ساخت و ساز را برآورده کنند.
در سال 2005، انریکو دینی، ایتالیا، فناوری D-Shape را با استفاده از تکنیک جت/پیوند پودری با مقیاس انبوه در منطقه ای تقریباً 6 متر در 6 متر در 3 متر به ثبت رساند.
این تکنیک اگرچه در ابتدا با سیستم باندینگ رزین اپوکسی توسعه یافت، بعداً برای استفاده از عوامل باند غیرآلی اقتباس شد. این فناوری به صورت تجاری برای طیف وسیعی از پروژه ها در ساخت و ساز و سایر بخش ها از جمله برای [صخره های مصنوعی] استفاده شده است.
در سال 2008 چاپ سه بعدی بتن در دانشگاه لافبورو انگلستان به سرپرستی ریچارد باسول و همکارانش آغاز شد تا تحقیقات قبلی گروه ها را گسترش دهند و به برنامه های تجاری در حال حرکت از یک فناوری مبتنی بر زیر بشکهای به یک ربات صنعتی، که آنها موفق به صدور مجوز این فناوری شدند. به Skanska در سال 2014.
نسل دوم
در 18 ژانویه 2015، این شرکت با پرده برداری از 2 ساختمان دیگر، یک ویلا به سبک عمارت و یک برج 5 طبقه، با استفاده از اجزای چاپ سه بعدی، پوشش مطبوعاتی بیشتری به دست آورد.
بازرسی دقیق عکاسی نشان می‌دهد که ساختمان‌ها با اجزای پیش ساخته و پرینت سه بعدی ساخته شده‌اند. این ساختمان ها اولین سازه های کامل در نوع خود هستند که با استفاده از فناوری های چاپ سه بعدی ساخت و ساز ساخته شده اند.
در می 2016 یک “ساختمان اداری” جدید در دبی افتتاح شد. فضای 250 متر مربعی (2700 فوت مربع) همان چیزی است که پروژه موزه آینده دبی آن را اولین ساختمان اداری چاپ سه بعدی در جهان می نامد.
در سال 2017 یک پروژه بلندپروازانه برای ساخت یک آسمان خراش چاپ سه بعدی در امارات متحده عربی اعلام شد. ساخت و ساز Cazza به ساخت سازه کمک می کند. در حال حاضر جزئیات خاصی از قبیل ارتفاع ساختمان یا مکان دقیق وجود ندارد.
FreeFAB Wax™ توسط جیمز بی گاردینر و استیون جانسن در Laing O’Rourke (شرکت ساختمانی) اختراع شد.
فناوری ثبت شده از مارس 2013 در حال توسعه بوده است.این تکنیک از پرینت سه بعدی در مقیاس ساختمانی برای چاپ حجم بالایی از موم مهندسی شده (تا 400 لیتر در ساعت) استفاده می کند تا یک قالب پرینت سه بعدی “سریع ” برای بتن پیش ساخته، بتن تقویت شده با الیاف شیشه (GRC) و سایر مواد قابل پاشیدن/ریخته گری بسازد.
سپس سطح ریخته‌گری قالب 5 محوره آسیاب می‌شود و تقریباً 5 میلی‌متر موم از آن جدا می‌شود تا قالبی با کیفیت بالا ایجاد شود (تقریباً 20 میکرون زبری سطح). پس از خشک شدن جزء، قالب یا خرد یا ذوب می‌شود و موم فیلتر شده و مجدداً مورد استفاده قرار می‌گیرد که به طور قابل توجهی ضایعات را در مقایسه با فناوری‌های قالب معمولی کاهش می‌دهد.
مزایای این فناوری سرعت ساخت قالب، افزایش راندمان تولید، کاهش نیروی کار و حذف مجازی ضایعات با استفاده مجدد از مواد برای قالب‌های سفارشی در مقایسه با فناوری‌های قالب معمولی است.
سپاه مهندسین ارتش ایالات متحده، مرکز توسعه تحقیقات مهندسی، به رهبری آزمایشگاه تحقیقات مهندسی ساخت و ساز (ERDC-CERL) در Champaign، IL USA، تحقیقات خود را در زمینه فناوری چاپگرهای سه بعدی ساخت و ساز قابل استقرار از سپتامبر 2015 آغاز کرد.
موفقیت در این کار منجر به توسعه یک برنامه ساخت و ساز افزودنی در ERDC-CERL. پروژه آزمایشی، ساخت و ساز خودکار برای سازه های اعزامی (ACES)، بر پرینت سه بعدی بتن متمرکز بود و طیف وسیعی از حوزه های تحقیقاتی را پوشش می داد.
موضوعات شامل سیستم های چاپ، مواد بتن قابل چاپ، طراحی و آزمایش سازه، و روش های ساخت و ساز بود. پروژه ACES منجر به 3 نمایش شد: یک نقطه کنترل ورودی، [23] اولین پادگان بتنی تقویت شده، و چاپ زیرساخت های نظامی و غیر نظامی (موانع جرسی، دیوارهای T، آب ریز، پناهگاه ها، و موقعیت جنگی ).
در سال 2021، معماران Mario Cucinella و متخصصان پرینت سه بعدی WASP اولین پرینت سه بعدی یک خانه ساخته شده از مخلوط خاک رس، Tecla را به نمایش گذاشتند.
منابع