"بناء المستقبل: استكشاف إمكانات الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء والتشييد"
تُعرف عملية تصنيع منتجات صلبة ثلاثية الأبعاد من ملف رقمي بمساعدة الكمبيوتر بالطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي تُعرف 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 بحزمة الإلكترون.
في أوائل الثمانينيات، طور المخترع الياباني هيديو كوداما تقنيتين إضافيتين لإنشاء نماذج بلاستيكية ثلاثية الأبعاد، مما أدى إلى ظهور فكرة التصنيع بالإضافة. قام بإنشاء هياكل مطبوعة ثلاثية الأبعاد باستخدام بوليمر حراري متصلب بالضوء.
Access sample report (including graphs, charts, and figures): https://univdatos.com/reports/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
ما هي الطابعات ثلاثية الأبعاد؟
ببساطة، تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) الذي يعتمد على تقنية ثلاثية الأبعاد لإنتاج عناصر ثلاثية الأبعاد من مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك البلاستيك المنصهر والمساحيق والخرسانة. يمكن إنشاء منزل مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد باستخدام مجموعة متنوعة من الطابعات ثلاثية الأبعاد، تتراوح في حجمها وتصميمها من نماذج البناء 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
· Stereolithographic (SLA printers) – تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد التي تستخدم تقنية الطباعة المجسمة (SLA) الراتينج السائل لتحويله إلى بلاستيك.
· Selective laser sintering (SLS printers) – طابعات SLS (تلبيد انتقائي بالليزر): تقوم هذه الطابعات بتلبيد جزيئات مسحوق البوليمر إلى هياكل صلبة باستخدام الليزر.
· Fused deposition modeling (FDM printers) – تقوم هذه الطابعات بإنشاء أشياء ذات طبقات عن طريق إطلاق خيوط لدن بالحرارة منصهرة من خلال فوهة ساخنة. طريقة البناء ثلاثية الأبعاد هي المكان الذي يتم فيه استخدام هذه الطابعات بشكل متكرر.
كيف تنطبق الطباعة ثلاثية الأبعاد على صناعة البناء؟
منذ الثمانينيات، أثيرت عدة أسئلة حول تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك، فإن تقدم الطريقة نفسها، التي تمكن من بناء أجسام ثلاثية الأبعاد عن طريق تراكب طبقات متتالية من المواد، قد منحها أهمية متزايدة. تتميز طريقة البناء هذه بقدرة عالية على التكيف ويمكن استخدامها لبناء عناصر مشروع معينة بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الهياكل المعقدة بأكملها، بما في ذلك المنازل أو أماكن المعيشة والمكاتب والجسور والجدران والهياكل المعيارية وقوالب التقوية والأعمدة والأثاث الحضري وحتى العناصر الزخرفية.
يأتي جزء كبير من المعرفة المطلوبة لتطبيق هذه التكنولوجيا في البناء من مرحلة التصميم. يعد دمج تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد أقل صعوبة لأن القطاع لديه بالفعل خبرة في التصنيع بمساعدة الكمبيوتر ونمذجة معلومات البناء (BIM) آخذة في الازدهار 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 مزيج من الرمل والألياف والبوليمرات الجيولوجية والخرسانة.
وفقًا لمسح أجرته مؤسسة Research and Markets، فقد تقدمت الطباعة ثلاثية الأبعاد بطريقة إيجابية 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 مجال البناء في جميع أنحاء العالم
أصبح البناء والبنية التحتية الأفضل في ازدياد مستمر، خاصة في المدن الكبيرة. بالمقارنة بعام 1800، عندما كان 3٪ فقط من السكان يعيشون في المدن، كان هناك 15٪ زيادة في عدد الأشخاص الذين يعيشون في المدن بحلول عام 1900. وبحلول 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 أن تكون في طليعة هذا السباق.
معرض 1
معرض 2
التقنيات المتاحة للطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء
الطاردات ذات الذراع الآلية
تحظى الطاردات ذات الذراع الآلية بشعبية كبيرة بين تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الموجودة حاليًا في السوق. تسمى هذه التقنية بصناعة الكفاف. وهي تعمل بطريقة مماثلة 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 لطباعة مباني XL ثلاثية الأبعاد.
الطباعة ثلاثية الأبعاد بالرمل
تتشابه عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الصناعية مثل SLS (التلبيد الانتقائي بالليزر) و Jet Fusion مع الإجراء ثلاثي الأبعاد الموضح هنا. أول من اختبره بطابعة D-Shape ثلاثية الأبعاد كان المهندس المعماري الإيطالي إنريكو ديني. قبل تثبيت شكل البناء باستخدام مادة رابطة، تقوم الآلة بطلاء السطح بمسحوق الرمل. وهذا مشابه لعملية طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد.
تكنولوجيا المعادن
تم تطوير WAAM (تصنيع إضافي بالقوس السلكي) من قبل شركة MX3D الهولندية الناشئة للهياكل الأكثر إجهادًا مثل الجسور. قامت الشركة بدمج روبوت صناعي وآلة لحام، وكانت النتيجة طابعة ثلاثية الأبعاد تعمل على برنامج تم إنشاؤه خصيصًا للمهمة. يحتوي الروبوت على تكوين 6 محاور لطباعة الهياكل المعدنية ثلاثية الأبعاد.
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 التكنولوجيا ثلاثية الأبعاد، حولت نمذجة معلومات البناء تصميم البناء. يعرض صورًا للمباني والهياكل الضخمة قبل إنشائها بالفعل. يمكن تطوير هذا الاختراق عن طريق طباعة البناء ثلاثية الأبعاد من خلال التكامل مع BIM وتنفيذ تصميمات معقدة بدقة مثالية تقريبًا.
· تقليل الخطأ البشري – أساس الطباعة ثلاثية الأبعاد هو التشغيل الآلي المبرمج مسبقًا والخالي من التأثير البشري. وهذا يلغي بشكل أساسي الأخطاء الناجمة عن الأشخاص. بالإضافة إلى ذلك، لا تتطلب الطابعات ثلاثية الأبعاد الكثير من الإشراف البشري.
· المساعدة في بناء المباني الخضراء – النوع الأكثر شعبية من المباني يتحول بسرعة نحو اللون الأخضر. بدأت شركات البناء في استخدام طرق البناء الخضراء نتيجة لزيادة الوعي بتغير المناخ. من خلال استخدام مواد البناء المهملة والمعاد 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 – تستهلك الطابعات ثلاثية الأبعاد كهرباء أكثر من أي تقنية بناء تقليدية أخرى. بالإضافة إلى التكلفة البيئية لإنتاج الكهرباء بهذه القدرة العالية، فإن تلبية هذا الطلب الكبير على الطاقة مكلف.
· الطابعات ثلاثية الأبعاد باهظة الثمن – ليس من المجدي اقتصاديًا الآن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لأن التكنولوجيا لا تزال في مهدها. يعد الاستثمار الأولي المطلوب لإعداد مرفق طباعة ثلاثية الأبعاد لهياكل البناء كبيرًا، وفي تكوينه الحالي، يكون مكلفًا للغاية بحيث لا يمكن تنفيذه في قطاع البناء الأساسي.
· ندرة المواد – لا يمكن استخدام لوازم البناء العادية مع الطابعات ثلاثية الأبعاد. تتطلب الطابعة ثلاثية الأبعاد مواد متخصصة، والتي لم تستخدم على نطاق واسع بعد. نظرًا للزيادة الكبيرة في تكلفة المواد بسبب الندرة والطابعة باهظة الثمن، فليس من المجدي استخدامها في البناء على نطاق واسع.
حجم سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء
1. منزل عائلي مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد في موسكو
تم بناء منزل مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد 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 ثلاثية الأبعاد في العالم في دبي
في الآونة الأخيرة، كانت هناك تطورات تكنولوجية جديدة في الشرق الأوسط، وخاصة في دولة الإمارات العربية المتحدة. لقد تحققت موسوعة غينيس للأرقام القياسية بالفعل من ادعاء مجمع أبراج الإمارات بأنه أكبر مبنى مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد في العالم، مما يواصل هذا الاتجاه في الطباعة ثلاثية الأبعاد. يبلغ مساحة المبنى المكون من طابقين، والذي تم إنشاؤه بواسطة Apis Cor، 640 مترًا مربعًا وارتفاعه 9.5 مترًا.
3. منازل مطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد في أمريكا الشمالية ومنطقة البحر الكاريبي
تستخدم المجتمعات والمنظمات غير الربحية في جميع أنحاء العالم تقنية الطباعة الخرسانية ثلاثية الأبعاد لحل أزمة الإسكان الميسور التكلفة. على سبيل المثال، قامت منظمة New Story، وهي منظمة غير ربحية، ببناء أول منزل مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد في المكسيك في وقت قياسي بلغ 24 ساعة. ومنذ ذلك الحين، قامت الشركة ببناء أحياء تضم 2000 منزل، تم بناؤها جميعًا باستخدام تقنية البناء بالطباعة ثلاثية الأبعاد.
المستقبل
يظهر عدد متزايد من المشاريع في جميع أنحاء العالم أن هياكل الطباعة ثلاثية الأبعاد لديها القدرة على أن تكون تقنية ثورية تغير الصناعة وستعالج العديد من المشكلات التي تبتلي قطاع البناء في الوقت الحالي. مستوى الطموح هائل؛ على سبيل المثال، من المتوقع أن يتم طباعة 25٪ من الهياكل الجديدة في دبي بتقنية ثلاثية الأبعاد بحلول عام 2030. بعبارة ملطفة، فإن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع البناء له مستقبل واعد.
الخلاصة
صناعة البناء على استعداد للابتكار، على الرغم من حقيقة أن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تزال لديها العديد من المشاكل القديمة. يمكن أن تكون طرق البناء التقليدية غير فعالة ومكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً وتضر بالبيئة. بفضل الدقة والسرعة والموثوقية التي تتمتع بها الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتمتع المهندسون المدنيون بفرص عديدة لمواجهة 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]