“Building the Future: Exploring the Potential of 3D Printing in Construction”
يُعرف إنتاج منتجات صلبة ثلاثية الأبعاد من ملف رقمي بمساعدة الكمبيوتر باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد، والمعروفة أيضًا باسم التصنيع بالإضافة.
في البداية، المصطلح “الطباعة ثلاثية الأبعاد” يشير 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 بالحزمة الإلكترونية.
في أوائل الثمانينيات من القرن الماضي، طور المخترع الياباني هيديو كوداما تقنيتين إضافيتين لإنشاء نماذج بلاستيكية ثلاثية الأبعاد، مما أدى إلى ظهور فكرة التصنيع بالإضافة. ابتكر هياكل مطبوعة ثلاثية الأبعاد باستخدام بوليمر بالحرارة متغير.
الوصول إلى نموذج التقرير (بما في ذلك الرسوم البيانية والمخططات والأرقام): 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 التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) المدعوم 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، بدءًا من نماذج البناء الصغيرة التي تناسب سطح الطاولة. تأتي الطابعات ثلاثية الأبعاد في ثلاث فئات أساسية، وكلها تعمل بشكل مختلف بعض الشيء.
أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد
·طابعات الستيريوغرافية (SLA)– يمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد التي تستخدم تقنية التصوير المجسم (SLA) تحويل الراتنج 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.
·النمذجة بالترسيب المنصهر (طابعات FDM) –تقوم هذه الطابعات بإنشاء أشياء طبقية عن طريق إطلاق خيوط لدن بالحرارة منصهرة من خلال فوهة مسخنة. 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 تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك، فإن التقدم في هذه الطريقة نفسها، والتي تمكن من بناء كائنات ثلاثية الأبعاد عن طريق تراكب طبقات متتالية من المواد، قد منحها أهمية متزايدة. هذه الطريقة في البناء قابلة للتكيف للغاية ويمكن استخدامها لبناء عناصر مشروع معينة بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من الهياكل المعقدة بأكملها، بما في ذلك المنازل أو مساحات المعيشة أو المكاتب أو الجسور أو الجدران أو الهياكل المعيارية أو قوالب التعزيز أو الأعمدة أو الأثاث الحضري وحتى العناصر الزخرفية.
جزء كبير من المعرفة المطلوبة لتطبيق هذه التكنولوجيا في البناء يأتي من مرحلة التصميم. يعد دمج تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد أقل صعوبة لأن هذا القطاع لديه بالفعل خبرة في التصنيع بمساعدة الكمبيوتر وBIM (نمذجة معلومات البناء) تزدهر 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 والبولييمرات الجيولوجية والخرسانة.
وفقًا لمسح أجرته شركة Research and Markets، تقدمت الطباعة ثلاثية الأبعاد بطريقة إيجابية للغاية على مدى 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 طلب متزايد، لا سيما في المدن الكبيرة. بالمقارنة مع عام 1800، عندما كان 3٪ فقط من السكان يعيشون في المدن، كان هناك 15٪ المزيد من الأشخاص الذين يعيشون في المدن بحلول عام 1900. بحلول عام 2050، تتوقع المنتدى الاقتصادي العالمي أن ثلثي سكان العالم سيقيمون 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. تعد دبي، حيث يجب إنشاء 25٪ من المباني بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بحلول عام 2030، واحدة من المدن التي تختار قيادة المجموعة في هذا السباق.
المعرض 1
المعرض 2
التقنيات المتاحة للطباعة ثلاثية الأبعاد في البناء
طاردات الذراع الروبوتية
تحظى طاردات الذراع الروبوتية بشعبية كبيرة بين تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الموجودة الآن في السوق. تسمى هذه التقنية بالحرف الكنتوري. إنها تعمل بشكل مشابه لطابعة سطح المكتب FDM ثلاثية الأبعاد. يتم إعداد القضبان في نمط يسمح للذراع الروبوتية بالمرور من خلالها طبقة طبقة مع بث الخرسانة التي تخرج من الفوهة. تعد طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد لمباني XL هذه هي الأكثر شيوعًا.
الطباعة ثلاثية الأبعاد بالرمل
تتشابه عمليات الطباعة ثلاثية الأبعاد الصناعية مثل SLS (التلبيد الانتقائي بالليزر) وJet Fusion مع إجراءات ثلاثية الأبعاد الموضحة هنا. كان المهندس المعماري الإيطالي إنريكو ديني هو أول من اختبره باستخدام طابعة D-Shape ثلاثية الأبعاد. قبل ترسيخ شكل البناء باستخدام رابط، تقوم الآلة بتغطية السطح بمسحوق الرمل. وهذا مشابه لعمل طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد.
تكنولوجيا المعادن
تم تطوير WAAM (التصنيع الإضافي بالقوس السلكي) بواسطة شركة MX3D الهولندية الناشئة لهياكل أكثر تعرضًا للإجهاد مثل الجسور. جمعت الشركة بين روبوت صناعي وآلة لحام، وكانت النتيجة طابعة ثلاثية الأبعاد تعمل على برنامج تم إنشاؤه خصيصًا للمهمة. يحتوي الروبوت على تكوين بـ 6 محاور للطباعة ثلاثية الأبعاد للهياكل المعدنية.
فوائد الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء
·مرونة التصميم المحسنة –إن إنشاء تصميمات معقدة يمثل صعوبة معمارية كبيرة يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد معالجتها. تستخدم برامج الكمبيوتر التي يمكن برمجتها لتنفيذ تصميمات معقدة وصعبة بواسطة طابعات البناء ثلاثية الأبعاد.
·التكيف مع BIM –أحدثت نمذجة معلومات البناء تحولاً في تصميم المباني من خلال استخدام تقنية ثلاثية الأبعاد. يعرض صورًا لمباني وهياكل ضخمة قبل إنشائها بالفعل. يمكن تطوير هذا التقدم عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء عن طريق التكامل مع BIM وتنفيذ تصميمات معقدة بدقة مثالية تقريبًا.
·تقليل الخطأ البشري –أساس الطباعة ثلاثية الأبعاد هو التشغيل الآلي المبرمج مسبقًا الخالي من التأثير البشري. هذا يزيل بشكل أساسي الأخطاء التي يسببها الأشخاص. بالإضافة إلى ذلك، لا تتطلب الطابعات ثلاثية الأبعاد الكثير من الإشراف البشري.
·المساعدة في بناء المباني الخضراء –تتحول أنواع المباني الأكثر شيوعًا بسرعة نحو كونها خضراء. بدأت شركات البناء في استخدام أساليب البناء الخضراء نتيجة لتزايد الوعي بتغير المناخ. باستخدام 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
·استهلاك الطاقة المرتفع –تستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد كهرباء أكثر من أي تقنية بناء تقليدية أخرى. بالإضافة إلى التكلفة البيئية لتوليد الكهرباء بهذه السعة 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 منشأة طباعة ثلاثية الأبعاد لبناء الهياكل كبير، وفي تكوينها الحالي فهي باهظة الثمن جدًا للتنفيذ في قطاع البناء الأساسي.
·ندرة المواد –لا يمكن استخدام إمدادات 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 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 التشغيل الآلي في بناء المنازل وهو مطابق لأي هيكل خرساني آخر. كان إجمالي تكلفة البناء أقل من 10000 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 بالفعل موسوعة غينيس للأرقام القياسية من ادعاء مجمع أبراج الإمارات بأنه أكبر مبنى مطبوع ثلاثي الأبعاد في العالم، واستمرارًا لهذا الاتجاه في الطباعة ثلاثية الأبعاد. يمتلك المبنى المكون من طابقين، والذي تم بناؤه بواسطة Apis Cor، مساحة سطح تبلغ 640 مترًا مربعًا وارتفاعًا يبلغ 9.5 أمتار.
3. منازل مطبوعة ثلاثية الأبعاد في أمريكا الشمالية ومنطقة البحر الكاريبي
تستخدم المجتمعات والمنظمات غير الربحية في جميع أنحاء العالم تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالخرسانة لحل أزمة الإسكان بأسعار معقولة. على سبيل المثال، قامت منظمة New Story غير الربحية ببناء أول منزل مطبوع ثلاثي الأبعاد في المكسيك في 24 ساعة قياسية. منذ ذلك الحين، قامت الشركة ببناء أحياء تضم 2000 منزل، تم بناء جميعها باستخدام تقنية البناء بالطباعة ثلاثية الأبعاد.
المستقبل
يُظهر 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 المشاكل التي تعصف الآن بقطاع البناء. حجم الطموح هائل؛ على سبيل المثال، من المتوقع أن يتم طباعة 25٪ من الهياكل الجديدة في دبي ثلاثية الأبعاد بحلول عام 2030. على أقل تقدير، فإن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع البناء له مستقبل واعد.
الخاتمة
الصناعة الإنشائية مهيأة للابتكار، على الرغم من حقيقة أن الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تزال لديها العديد من المشاكل القائمة منذ فترة طويلة. يمكن أن تكون أساليب 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 وتيسير تصميم وبناء الهياكل الصالحة للسكن.
المؤلف: سونيو كومار ساه
لمزيد من التفاصيل اتصل:
UnivDatos Market Insights
C80B, Sector-8, Noida,
أوتار براديش 201301
للاستفسارات المتعلقة بالمبيعات، يرجى التواصل معنا على [email protected]