بناء المستقبل: استكشاف إمكانات الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء

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

إنتاج منتجات صلبة ثلاثية الأبعاد من ملف رقمي بمساعدة الكمبيوتر يُعرف باسم الطباعة 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 صهر الليزر الانتقائي والتصنيع بالإضافة باستخدام شعاع 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 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 ثلاثية الأبعاد لإنتاج عناصر ثلاثية الأبعاد من مجموعة متنوعة من المواد، بما في ذلك البلاستيك المصهور 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.

·        تلبيد الليزر الانتقائي (طابعات SLS) - طابعات SLS (تلبيد الليزر الانتقائي): 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 بلاستيكية حرارية منصهرة من خلال فوهة ساخنة. إن طريقة البناء ثلاثية الأبعاد هي 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 تركيب طبقات متتالية من المواد، أعطاها أهمية متزايدة. تتسم طريقة البناء هذه بقدرة كبيرة 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 التسليح والأعمدة والأثاث الحضري وحتى العناصر الزخرفية.

يأتي جزء كبير من المعرفة المطلوبة لتنفيذ هذه التكنولوجيا في البناء 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) مزدهر 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 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 مجال البناء على مستوى العالم

يزداد الطلب على البناء والبنية التحتية الأفضل، لا سيما في المدن الكبرى. بالمقارنة مع عام 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٪.

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

المعرض 1

المعرض 2

التقنيات المتاحة للطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء

طاردات الذراع الآلية

تعتبر طاردات الذراع الآلية شائعة بين تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الموجودة حاليًا في السوق. تسمى هذه التقنية صياغة الكنتور. وهي تعمل بشكل مشابه لطابعة FDM ثلاثية الأبعاد المكتبية. يتم إعداد القضبان بنمط يسمح للذراع الآلية بالمرور عبرها طبقة تلو الأخرى أثناء إخراج الخرسانة الخارجة من الفوهة. هذه هي الطريقة الأكثر شيوعًا للطباعة ثلاثية الأبعاد لمباني XL.

الطباعة ثلاثية الأبعاد بالرمل

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

تكنولوجيا المعادن

تم تطوير WAAM (تصنيع القوس السلكي بالإضافة) من قبل شركة MX3D الهولندية الناشئة 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. يحتوي الروبوت على تكوين 6 محاور لطباعة الهياكل المعدنية ثلاثية الأبعاد.

فوائد الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء

·        مرونة التصميم المعززة - 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 المباني. يعرض صورًا للمباني والهياكل الضخمة قبل إنشائها بالفعل. يمكن تطوير هذا الاختراق عن طريق طباعة البناء ثلاثية الأبعاد من خلال التكامل مع BIM وتنفيذ التصميمات المعقدة بدقة مثالية تقريبًا.

·       تقليل الخطأ البشري - أساس الطباعة ثلاثية الأبعاد هو التشغيل الآلي المبرمج مسبقًا والخالي من التأثير البشري. وهذا يلغي بشكل أساسي الأخطاء التي يتسبب فيها 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 إلى اللون الأخضر. بدأت شركات البناء في استخدام طرق البناء الخضراء نتيجة لتزايد الوعي بتغير المناخ. باستخدام مواد البناء المهملة والمعاد استخدامها 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 مثل 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. الاستثمار الأولي المطلوب لإعداد مرفق طباعة ثلاثية الأبعاد لهياكل البناء كبير، وفي تكوينه الحالي، يكون مكلفًا للغاية لتنفيذه في قطاع البناء الأساسي.

·     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 المجدي استخدامها في البناء على نطاق واسع.

حجم سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء

1.     منزل عائلي مطبوع ثلاثي الأبعاد في موسكو

تم بناء منزل مطبوع ثلاثي 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 10,000 دولار.

2.     أكبر مبنى مطبوع ثلاثي الأبعاد في العالم في دبي

في الآونة الأخيرة، كانت هناك تطورات تكنولوجية جديدة في الشرق الأوسط، وخاصة في الإمارات العربية المتحدة. لقد تحققت موسوعة غينيس للأرقام القياسية بالفعل من ادعاء مجمع أبراج الإمارات بأنه أكبر مبنى مطبوع ثلاثي الأبعاد في العالم، مما يواصل هذا الاتجاه في الطباعة ثلاثية الأبعاد. تبلغ مساحة المبنى المكون من طابقين، والذي تم بناؤه بواسطة Apis Cor، 640 مترًا مربعًا وارتفاعه 9.5 مترًا.

3.     منازل مطبوعة ثلاثية الأبعاد في أمريكا الشمالية ومنطقة البحر الكاريبي

تستخدم المجتمعات والمنظمات غير الربحية في جميع أنحاء العالم تكنولوجيا الطباعة الخرسانية ثلاثية الأبعاد لحل أزمة الإسكان الميسور التكلفة. على سبيل المثال، قامت New Story، وهي منظمة غير ربحية، ببناء أول منزل مطبوع ثلاثي الأبعاد في المكسيك في وقت قياسي بلغ 24 ساعة. ومنذ ذلك الحين، قامت الشركة ببناء أحياء تضم 2000 منزل، تم بناؤها جميعًا باستخدام تقنية بناء الطباعة ثلاثية الأبعاد.

المستقبل

يوضح عدد متزايد من المشاريع في جميع أنحاء العالم أن الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد لديها القدرة على أن تكون تكنولوجيا ثورية ومغيرة للصناعة من شأنها معالجة العديد من المشاكل التي تعاني منها صناعة البناء حاليًا. مستوى الطموح هائل؛ على سبيل المثال، من المتوقع أن يتم طباعة 25٪ من الهياكل الجديدة في دبي بتقنية ثلاثية الأبعاد بحلول عام 2030. والقول بأن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع البناء له مستقبل واعد هو قول قليل.

الخلاصة

صناعة البناء على وشك الابتكار، على الرغم من حقيقة أن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تزال تعاني من العديد من المشاكل القديمة. يمكن أن تكون طرق البناء التقليدية غير فعالة ومكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً وتضر بالبيئة. بفضل الدقة والسرعة والموثوقية للطباعة ثلاثية الأبعاد، يتمتع المهندسون المدنيون بفرص عديدة لمعالجة هذه التحديات وربما تسهيل تصميم وبناء هياكل صالحة للعيش وجعلها ميسورة التكلفة.

المؤلف: Sonu Kumar Sah

لمزيد من التفاصيل، اتصل بـ:

UnivDatos Market Insights

C80B, Sector-8, Noida,

Uttar Pradesh 201301

للاستفسارات المتعلقة بالمبيعات، يرجى التواصل معنا على [email protected]