“Xây Dựng Tương Lai: Khám Phá Tiềm Năng của Công Nghệ In 3D trong Xây Dựng”
Việc tạo ra các sản phẩm rắn ba chiều từ một tệp kỹ thuật số có sự hỗ trợ của máy tính được gọi là in 3D, còn được gọi là sản xuất đắp lớp.
Ban đầu, thuật ngữ “in 3D” dùng để chỉ quy trình lắng đọng các lớp vật liệu kết dính lên trên một lớp bột bằng cách sử dụng đầu in phun. Tuy nhiên, định nghĩa hiện nay bao gồm một loạt các quy trình sản xuất đắp lớp rộng hơn, bao gồm cả nấu chảy laser chọn lọc và sản xuất đắp lớp bằng chùm tia điện tử.
Vào đầu những năm 1980, nhà phát minh người Nhật Bản Hideo Kodama đã phát triển hai kỹ thuật đắp lớp để tạo ra các mô hình nhựa ba chiều, từ đó khơi nguồn ý tưởng về sản xuất đắp lớp. Ông đã tạo ra các cấu trúc in 3D bằng cách sử dụng polyme nhiệt rắn làm cứng bằng ánh sáng.
Access sample report (including graphs, charts, and figures): https://univdatos.com/reports/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
Máy in 3D là gì?
Nói một cách đơn giản, máy in 3D sử dụng CAD (Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính) được hỗ trợ bởi công nghệ 3D để tạo ra các vật phẩm 3D từ nhiều loại vật liệu, bao gồm nhựa nóng chảy, bột và bê tông. Một ngôi nhà in 3D có thể được tạo ra bằng nhiều loại máy in 3D, với kích thước và thiết kế khác nhau, từ các mô hình tòa nhà nhỏ để vừa trên mặt bàn. Máy in 3D có ba loại cơ bản và tất cả chúng đều hoạt động hơi khác nhau.
Các loại máy in 3D
· Stereolithographic (Máy in SLA) – Máy in 3D sử dụng công nghệ stereolithography (SLA) có thể biến nhựa lỏng thành nhựa.
· Thiêu kết laser chọn lọc (Máy in SLS) – Máy in SLS (thiêu kết laser chọn lọc): Các máy in này thiêu kết các hạt bột polyme thành các cấu trúc rắn bằng laser.
· Mô hình hóa lắng đọng nóng chảy (Máy in FDM) – Các máy in này tạo ra các vật thể xếp lớp bằng cách giải phóng các sợi nhựa nhiệt dẻo nóng chảy thông qua một vòi phun được nung nóng. Phương pháp xây dựng 3D là nơi các máy in này được sử dụng thường xuyên nhất.
Công nghệ in 3D được áp dụng như thế nào cho ngành xây dựng?
Kể từ những năm 1980, một số câu hỏi đã được đặt ra về công nghệ in 3D. Tuy nhiên, sự tiến bộ của chính phương pháp này, cho phép xây dựng các vật thể ba chiều bằng cách chồng các lớp vật liệu kế tiếp nhau, đã làm tăng thêm mức độ liên quan của nó. Phương pháp xây dựng này rất dễ thích ứng và có thể được sử dụng để xây dựng các yếu tố dự án cụ thể cũng như nhiều cấu trúc phức tạp nói chung, bao gồm nhà ở hoặc không gian sống, văn phòng, cầu, tường, cấu trúc mô-đun, khuôn gia cố, cột, đồ nội thất đô thị và thậm chí cả các yếu tố trang trí.
Một phần quan trọng của kiến thức cần thiết để triển khai công nghệ này trong xây dựng đến từ giai đoạn thiết kế. Việc tích hợp công nghệ in 3D ít khó khăn hơn vì lĩnh vực này đã có chuyên môn về sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính và BIM (Mô hình hóa thông tin công trình) đang phát triển mạnh trong ngành xây dựng. Máy in 3D thu thập thông tin cần thiết từ chương trình CAD hoặc BIM và các máy bắt đầu phủ các lớp vật liệu theo tín hiệu. Điều này có thể được thực hiện bằng nhiều loại vật liệu, phổ biến nhất là hỗn hợp cát, sợi, polyme địa chất và bê tông.
Theo một cuộc khảo sát của Research and Markets, công nghệ in 3D đã tiến bộ một cách tích cực trong mười năm qua đến mức giá trị thị trường của nó trong ngành xây dựng được dự đoán sẽ đạt tới 1.034.096,7 nghìn Đô la Mỹ vào năm 2028. Điều này làm tăng tỷ lệ tăng trưởng hàng năm kép của nó từ năm 2021 đến năm 2028 lên 91,5%.
Công nghệ in 3D trong xây dựng trên toàn thế giới
Xây dựng và cơ sở hạ tầng tốt hơn ngày càng trở nên được yêu cầu nhiều hơn, đặc biệt là ở các thành phố lớn. So với năm 1800, khi chỉ có 3% dân số sống ở các thành phố, đến năm 1900 đã có thêm 15% dân số sống ở các thành phố. Đến năm 2050, Diễn đàn Kinh tế Thế giới dự kiến hai phần ba dân số thế giới sẽ cư trú ở các thành phố lớn, tăng từ tỷ lệ 55% hiện tại.
Nhiều sáng kiến của chính phủ hỗ trợ việc sử dụng công nghệ in 3D hiện đang được xây dựng trên cơ sở toàn cầu. Dubai, nơi 25% các tòa nhà phải được tạo ra bằng công nghệ in 3D vào năm 2030, là một trong những thành phố chọn đi đầu trong cuộc đua này.
Biểu đồ 1
Biểu đồ 2
Các công nghệ hiện có để in 3D trong xây dựng
Máy đùn cánh tay robot
Máy đùn cánh tay robot phổ biến trong số các công nghệ in 3D hiện có trên thị trường. Kỹ thuật này được gọi là chế tạo đường viền. Nó hoạt động tương tự như máy in 3D FDM để bàn. Các đường ray được thiết lập theo một kiểu cho phép cánh tay robot đi qua chúng từng lớp một trong khi đùn bê tông đang thoát ra khỏi vòi phun. Phương pháp in 3D các tòa nhà XL này là phổ biến nhất.
In 3D bằng cát
Các quy trình in 3D công nghiệp như SLS (Thiêu kết laser chọn lọc) và Jet Fusion có thể so sánh với quy trình 3D được giải thích ở đây. Người đầu tiên đưa nó vào thử nghiệm với máy in 3D D-Shape của mình là kiến trúc sư người Ý Enrico Dini. Trước khi gắn kết hình dạng của công trình bằng chất kết dính, máy phủ bề mặt bằng bột cát. Điều này có thể so sánh với hoạt động của máy in 3D kim loại.
Công nghệ kim loại
WAAM (Sản xuất đắp lớp hồ quang dây) được phát triển bởi công ty khởi nghiệp MX3D của Hà Lan cho các cấu trúc chịu lực nặng hơn như cầu. Một robot công nghiệp và một máy hàn đã được công ty kết hợp và kết quả là một máy in 3D hoạt động trên phần mềm được tạo đặc biệt cho nhiệm vụ này. Robot có cấu hình 6 trục để in 3D các cấu trúc kim loại.
Lợi ích của in 3D cho xây dựng
· Tính linh hoạt thiết kế nâng cao – Việc tạo ra các thiết kế phức tạp là một khó khăn kiến trúc đáng kể mà công nghệ in 3D có thể giải quyết. Các chương trình máy tính có thể được lập trình để thực hiện các thiết kế phức tạp và khó khăn được sử dụng bởi máy in 3D xây dựng.
· Thích ứng với BIM – BIM Thông qua việc sử dụng công nghệ 3D, mô hình hóa thông tin công trình đã chuyển đổi thiết kế xây dựng. Nó hiển thị hình ảnh của các tòa nhà và cấu trúc khổng lồ trước khi chúng thực sự được xây dựng. Đột phá này có thể được thúc đẩy bởi công nghệ in 3D xây dựng bằng cách tích hợp với BIM và thực hiện các thiết kế phức tạp với độ chính xác gần như hoàn hảo.
· Giảm thiểu sai sót của con người – Nền tảng của công nghệ in 3D là hoạt động tự động được lập trình sẵn, không có ảnh hưởng của con người. Điều này về cơ bản loại bỏ các sai sót do con người gây ra. Ngoài ra, máy in 3D không yêu cầu nhiều sự giám sát của con người.
· Hỗ trợ xây dựng công trình xanh – Loại hình xây dựng phổ biến nhất đang nhanh chóng chuyển sang màu xanh. Các công ty xây dựng đã bắt đầu sử dụng các phương pháp xây dựng xanh do nhận thức ngày càng tăng về biến đổi khí hậu. Bằng cách sử dụng các vật liệu xây dựng bị loại bỏ và tái sử dụng để sản xuất các cấu trúc in 3D, máy in 3D có thể đóng một vai trò quan trọng trong nỗ lực này.
Nhược điểm của các công trình in 3D
· Tiêu thụ điện năng cao – Máy in 3D sử dụng nhiều điện hơn bất kỳ kỹ thuật xây dựng truyền thống nào khác. Bên cạnh chi phí môi trường của việc sản xuất điện với công suất cao như vậy, việc đáp ứng nhu cầu lớn về điện như vậy là tốn kém.
· Máy in 3D đắt tiền – Hiện tại, việc sử dụng công nghệ in 3D không khả thi về mặt kinh tế vì công nghệ này vẫn còn sơ khai. Khoản đầu tư ban đầu cần thiết để thiết lập một cơ sở in 3D để xây dựng các cấu trúc là rất lớn và trong cấu hình hiện tại, nó quá đắt để triển khai trong lĩnh vực xây dựng chính.
· Sự khan hiếm vật liệu – Không thể sử dụng các vật tư xây dựng thông thường với máy in 3D. Máy in 3D yêu cầu các vật liệu chuyên dụng, vốn chưa được sử dụng rộng rãi. Do chi phí vật liệu tăng đáng kể do khan hiếm và máy in đắt tiền, nên không thể sử dụng nó để xây dựng quy mô lớn.
Quy mô thị trường cho công nghệ in 3D trong xây dựng
1. Nhà ở gia đình in 3D ở Moscow
Một ngôi nhà in 3D đã được xây dựng ở Moscow bởi công ty công nghệ Apis Cor của Mỹ. Ngôi nhà là công trình đầu tiên thuộc loại này sử dụng tự động hóa trong xây dựng nhà ở và giống với bất kỳ cấu trúc bê tông nào khác. Tổng chi phí xây dựng dưới 10.000 Đô la Mỹ.
2. Tòa nhà in 3D lớn nhất thế giới ở Dubai
Gần đây, đã có những tiến bộ công nghệ mới ở Trung Đông, đặc biệt là ở UAE. Sách Kỷ lục Guinness Thế giới đã xác minh tuyên bố của Emirates Tower Complex rằng đây là tòa nhà in 3D lớn nhất thế giới, tiếp tục xu hướng này trong in 3D. Tòa nhà hai tầng, được xây dựng bởi Apis Cor, có diện tích bề mặt là 640 m2 và chiều cao là 9,5 m.
3. Nhà ở in 3D ở Bắc Mỹ và Caribe
Các cộng đồng trên toàn thế giới và các tổ chức phi lợi nhuận đang sử dụng công nghệ in 3D bê tông để giải quyết cuộc khủng hoảng nhà ở giá cả phải chăng. Ví dụ: New Story, một tổ chức phi lợi nhuận, đã xây dựng ngôi nhà in 3D đầu tiên của Mexico trong thời gian kỷ lục 24 giờ. Kể từ đó, công ty đã xây dựng các khu dân cư với 2.000 ngôi nhà, tất cả đều được xây dựng bằng kỹ thuật xây dựng in 3D.
Tương lai
Ngày càng có nhiều dự án trên khắp thế giới cho thấy rằng các cấu trúc in 3D có tiềm năng trở thành một công nghệ mang tính cách mạng, thay đổi ngành công nghiệp, sẽ giải quyết một số vấn đề hiện đang gây khó khăn cho lĩnh vực xây dựng. Mức độ tham vọng là rất lớn; chẳng hạn, 25% các cấu trúc mới ở Dubai dự kiến sẽ được in 3D vào năm 2030. Nói một cách nhẹ nhàng, việc sử dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng có một tương lai đầy hứa hẹn.
Kết luận
Ngành xây dựng đã sẵn sàng cho sự đổi mới, mặc dù thực tế là công nghệ in 3D vẫn còn nhiều vấn đề lâu dài. Các phương pháp xây dựng truyền thống có thể kém hiệu quả, tốn kém, tốn thời gian và gây hại cho môi trường. Nhờ tính chính xác, tốc độ và độ tin cậy của công nghệ in 3D, các kỹ sư xây dựng có nhiều cơ hội để giải quyết những thách thức này và có thể giúp việc thiết kế và xây dựng các công trình có thể sinh sống trở nên dễ dàng và hợp túi tiền hơn.
Tác giả: Sonu Kumar Sah
Để biết thêm chi tiết, vui lòng liên hệ:
UnivDatos Market Insights
C80B, Sector-8, Noida,
Uttar Pradesh 201301
Đối với các câu hỏi liên quan đến bán hàng, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo địa chỉ [email protected]