"بناء المستقبل: استكشاف إمكانات الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء"

"بناء المستقبل: استكشاف إمكانات الطباعة ثلاثية الأبعاد في البناء"

تُعرف عملية تصنيع منتجات صلبة ثلاثية الأبعاد من ملف رقمي بمساعدة الكمبيوتر بالطباعة ثلاثية الأبعاد، والمعروفة أيضًا باسم التصنيع بالإضافة.

في البداية، يشير مصطلح "الطباعة ثلاثية الأبعاد" إلى عملية ترسيب طبقات فوق طبقات من مادة رابطة على طبقة مسحوق باستخدام رؤوس طابعة نافثة للحبر. ومع ذلك، يشمل التعريف الآن مجموعة واسعة من عمليات التصنيع بالإضافة، بما في ذلك الصهر الانتقائي بالليزر والتصنيع بالإضافة بشعاع الإلكترون.

في أوائل الثمانينيات، طور المخترع الياباني هيديو كوداما تقنيتين إضافيتين لإنشاء نماذج بلاستيكية ثلاثية الأبعاد، مما أدى إلى ظهور فكرة التصنيع بالإضافة. لقد ابتكر هياكل مطبوعة ثلاثية الأبعاد باستخدام بوليمر حراري يتصلب بالضوء.

Access sample report (including graphs, charts, and figures): https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768

ما هي الطابعات ثلاثية الأبعاد؟

ببساطة، تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد CAD (التصميم بمساعدة الكمبيوتر) الذي يعمل بتقنية 3D لإنتاج عناصر ثلاثية الأبعاد من مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك البلاستيك المنصهر والمسحوق والخرسانة. يمكن إنشاء منزل مطبوع ثلاثي الأبعاد باستخدام مجموعة متنوعة من الطابعات ثلاثية الأبعاد، تتراوح في الحجم والتصميم من نماذج المباني الصغيرة التي تتناسب مع سطح الطاولة. تأتي الطابعات ثلاثية الأبعاد في ثلاث فئات أساسية، وتعمل جميعها بشكل مختلف إلى حد ما.

أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد

·        الطباعة المجسمة (طابعات SLA) –  الطابعات ثلاثية الأبعاد التي تستخدم تقنية الطباعة المجسمة (SLA) يمكنها تحويل الراتينج السائل إلى بلاستيك.

·        التلبيد الانتقائي بالليزر (طابعات SLS) - طابعات SLS (التلبيد الانتقائي بالليزر): تقوم هذه الطابعات بتلبيد جزيئات مسحوق البوليمر في هياكل صلبة باستخدام الليزر.

·        نمذجة الترسيب المنصهر (طابعات FDM) - تقوم هذه الطابعات بإنشاء أشياء ذات طبقات عن طريق إطلاق خيوط حرارية لدائن بالحرارة منصهرة من خلال فوهة ساخنة. أسلوب البناء ثلاثي الأبعاد هو المكان الذي يتم فيه استخدام هذه الطابعات في أغلب الأحيان.

كيف تنطبق الطباعة ثلاثية الأبعاد على صناعة البناء؟

منذ الثمانينيات، أثيرت عدة أسئلة حول تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك، فإن التقدم في الطريقة نفسها، والتي تمكن من بناء أجسام ثلاثية الأبعاد عن طريق تراكب طبقات متتالية من المواد، قد أعطاها أهمية متزايدة. طريقة البناء هذه قابلة للتكيف للغاية ويمكن استخدامها لبناء عناصر مشروع محددة بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الهياكل المعقدة بأكملها، بما في ذلك المنازل أو أماكن المعيشة والمكاتب والجسور والجدران والهياكل المعيارية وقوالب التسليح والأعمدة والأثاث الحضري وحتى العناصر الزخرفية.

جزء كبير من المعرفة المطلوبة لتطبيق هذه التكنولوجيا في البناء يأتي من مرحلة التصميم. إن دمج تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد أقل صعوبة لأن القطاع لديه بالفعل خبرة في التصنيع بمساعدة الكمبيوتر و BIM (نمذجة معلومات البناء) يزدهر في مجال البناء. تحصل الطابعة ثلاثية الأبعاد على المعلومات الضرورية من برنامج CAD أو BIM، وتبدأ الآلات في تراكب مستويات المواد وفقًا للإشارات. يمكن القيام بذلك باستخدام مجموعة متنوعة من المواد، وأكثرها شيوعًا هو مزيج من الرمل والألياف والبوليمرات الجيولوجية والخرسانة.

وفقًا لدراسة استقصائية أجرتها Research and Markets، فقد تقدمت الطباعة ثلاثية الأبعاد بطريقة إيجابية للغاية على مدار السنوات العشر الماضية لدرجة أنه من المتوقع أن تصل قيمتها السوقية في صناعة البناء إلى 1,034,096.7 ألف دولار أمريكي بحلول عام 2028. وهذا يزيد من معدل النمو السنوي المركب من عام 2021 إلى عام 2028 بنسبة 91.5٪.

الطباعة ثلاثية الأبعاد في البناء في جميع أنحاء العالم

أصبح البناء والبنية التحتية الأفضل في ازدياد، خاصة في المدن الكبيرة. مقارنة بعام 1800، عندما كان يعيش 3٪ فقط من السكان في المدن، كان هناك 15٪ من الأشخاص الذين يعيشون في المدن بحلول عام 1900. بحلول عام 2050، يتوقع المنتدى الاقتصادي العالمي أن يعيش ثلثا سكان العالم في المدن الكبرى، ارتفاعًا من الحصة الحالية البالغة 55٪.

العديد من المبادرات الحكومية التي تدعم استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد قيد الإنشاء حاليًا على أساس عالمي. دبي، حيث يجب إنشاء 25٪ من المباني بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بحلول عام 2030، هي إحدى المدن التي تختار قيادة المجموعة في هذا السباق.

معرض 1

معرض 2

التقنيات المتاحة للطباعة ثلاثية الأبعاد في البناء

الطاردات ذات الذراع الآلية

تحظى الطاردات ذات الذراع الآلية بشعبية كبيرة بين تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الموجودة حاليًا في السوق. تسمى هذه التقنية صياغة الكفاف. وهو يعمل بشكل مشابه لطابعة FDM ثلاثية الأبعاد المكتبية. يتم إعداد القضبان بنمط يسمح للذراع الآلية بالمرور عبرها طبقة تلو الأخرى أثناء بثق الخرسانة التي تخرج من الفوهة. هذه الطريقة هي الأكثر شيوعًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد لمباني XL.

الطباعة ثلاثية الأبعاد بالرمل

تشبه عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الصناعية مثل SLS (التلبيد الانتقائي بالليزر) و Jet Fusion الإجراء ثلاثي الأبعاد الموضح هنا. كان المهندس المعماري الإيطالي إنريكو ديني أول من اختبره باستخدام طابعة D-Shape ثلاثية الأبعاد الخاصة به. قبل ترسيخ شكل البناء باستخدام مادة رابطة، تقوم الآلة بطلاء السطح بمسحوق الرمل. وهذا مشابه لعمل طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد.

التكنولوجيا المعدنية

تم تطوير WAAM (تصنيع الإضافات بالقوس السلكي) من قبل الشركة الهولندية الناشئة MX3D للهياكل الأكثر إجهادًا مثل الجسور. جمعت الشركة بين روبوت صناعي وآلة لحام، وكانت النتيجة طابعة ثلاثية الأبعاد تعمل على برنامج تم إنشاؤه خصيصًا لهذه المهمة. يتميز الروبوت بتكوين 6 محاور للطباعة ثلاثية الأبعاد للهياكل المعدنية.

فوائد الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء

·        مرونة التصميم المحسنة - يعد إنشاء تصميمات معقدة صعوبة معمارية كبيرة يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد معالجتها. يتم استخدام برامج الكمبيوتر التي يمكن برمجتها لتنفيذ تصميمات معقدة وصعبة بواسطة طابعات البناء ثلاثية الأبعاد.

·        التكيف مع BIM - BIM من خلال استخدام تكنولوجيا 3D، أحدثت نمذجة معلومات البناء ثورة في تصميم المباني. يعرض صورًا للمباني والهياكل الضخمة قبل إنشائها بالفعل. يمكن تطوير هذا الاختراق عن طريق بناء الطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال الاندماج مع BIM وتنفيذ التصميمات المعقدة بدقة مثالية تقريبًا.

·       تقليل الخطأ البشري - أساس الطباعة ثلاثية الأبعاد هو التشغيل الآلي المبرمج مسبقًا والخالي من التأثير البشري. هذا يلغي بشكل أساسي الأخطاء الناتجة عن الأشخاص. بالإضافة إلى ذلك، لا تتطلب الطابعات ثلاثية الأبعاد الكثير من الإشراف البشري.

·        المساعدة في بناء المباني الخضراء - النوع الأكثر شيوعًا من المباني يتحول بسرعة نحو اللون الأخضر. بدأت شركات البناء في استخدام طرق البناء الخضراء نتيجة لزيادة الوعي بتغير المناخ. باستخدام مواد البناء المهملة والمعادة تدويرها لإنتاج هياكل مطبوعة ثلاثية الأبعاد، يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد أن تلعب دورًا مهمًا في هذا المسعى.

عيوب الإنشاءات المطبوعة ثلاثية الأبعاد

·        ارتفاع استهلاك الطاقة - يتم استخدام المزيد من الكهرباء بواسطة الطابعات ثلاثية الأبعاد أكثر من أي تقنية بناء تقليدية أخرى. بالإضافة إلى التكلفة البيئية لإنتاج الكهرباء بهذه القدرة العالية، فإن تلبية هذا الطلب الكبير على الطاقة أمر مكلف.

·        الطابعات ثلاثية الأبعاد باهظة الثمن - ليس من المجدي اقتصاديًا الآن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لأن التكنولوجيا لا تزال في مهدها. الاستثمار الأولي المطلوب لإنشاء منشأة طباعة ثلاثية الأبعاد لبناء الهياكل كبير، وفي تكوينها الحالي، فإن تنفيذه في قطاع البناء الأساسي مكلف للغاية.

·      ندرة المواد - لا يمكن استخدام لوازم البناء العادية مع الطابعات ثلاثية الأبعاد. تتطلب الطابعة ثلاثية الأبعاد مواد متخصصة، والتي لم يتم استخدامها على نطاق واسع بعد. نظرًا للزيادة الكبيرة في تكلفة المواد بسبب الندرة والطابعة باهظة الثمن، فليس من الممكن استخدامها في البناء واسع النطاق.

حجم سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد في البناء

1. منزل عائلي مطبوع بتقنية 3D في موسكو

تم بناء منزل مطبوع بتقنية 3D في موسكو من قبل شركة التكنولوجيا الأمريكية Apis Cor. المنزل هو الأول من نوعه الذي يستخدم الأتمتة في بناء المنازل وهو مطابق لأي هيكل خرساني آخر. كانت التكلفة الإجمالية للبناء أقل من 10000 دولار.

2. أكبر مبنى مطبوع بتقنية 3D في العالم في دبي

في الآونة الأخيرة، كانت هناك تطورات تكنولوجية جديدة في الشرق الأوسط، وخاصة في الإمارات العربية المتحدة. وقد تحقق كتاب غينيس للأرقام القياسية بالفعل من ادعاء مجمع أبراج الإمارات بأنه أكبر مبنى مطبوع بتقنية 3D في العالم، مما يواصل هذا الاتجاه في الطباعة ثلاثية الأبعاد. يبلغ مساحة المبنى المكون من طابقين، والذي بنته شركة Apis Cor، 640 مترًا مربعًا وارتفاعه 9.5 مترًا.

3. منازل مطبوعة بتقنية 3D في أمريكا الشمالية ومنطقة البحر الكاريبي

تستخدم المجتمعات والمنظمات غير الربحية في جميع أنحاء العالم تكنولوجيا الطباعة الخرسانية ثلاثية الأبعاد لحل أزمة الإسكان الميسر. على سبيل المثال، قامت منظمة New Story، وهي منظمة غير ربحية، ببناء أول منزل مطبوع بتقنية 3D في المكسيك في 24 ساعة قياسية. ومنذ ذلك الحين، قامت الشركة ببناء أحياء تضم 2000 منزل، تم بناؤها جميعًا باستخدام تقنية البناء بالطباعة ثلاثية الأبعاد.

المستقبل

يوضح عدد متزايد من المشاريع في جميع أنحاء العالم أن هياكل الطباعة ثلاثية الأبعاد لديها القدرة على أن تكون تقنية ثورية تغير الصناعة والتي ستعالج العديد من المشاكل التي تعاني منها قطاع البناء حاليًا. مستوى الطموح هائل؛ على سبيل المثال، من المتوقع أن يتم طباعة 25٪ من الهياكل الجديدة في دبي بتقنية 3D بحلول عام 2030. وباختصار، فإن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع البناء له مستقبل واعد.

الخلاصة

صناعة البناء على وشك الابتكار، على الرغم من حقيقة أن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تزال لديها العديد من المشاكل القائمة منذ فترة طويلة. يمكن أن تكون طرق البناء التقليدية غير فعالة ومكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً وتضر بالبيئة. بفضل دقة الطباعة ثلاثية الأبعاد وسرعتها وموثوقيتها، يتمتع المهندسون المدنيون بفرص عديدة لمعالجة هذه التحديات وربما تسهيل وتخفيض تكلفة تصميم وبناء هياكل صالحة للعيش.

Author: Sonu Kumar Sah

For more detail Contact:

UnivDatos Market Insights

C80B, Sector-8, Noida,

Uttar Pradesh 201301

For Sales related query, please reach us at [email protected]