“Xây dựng tương lai: Khám phá tiềm năng của in 3D trong xây dựng”
Việc tạo ra các sản phẩm rắn ba chiều từ một tệp kỹ thuật số được hỗ trợ bằng máy tính được gọi là in 3D, còn được gọi là sản xuất bồi đắp.
Ban đầu, thuật ngữ “in 3D” đề cập đến quy trình lắng đọng các lớp vật liệu liên kết lên trên một lớp bột bằng cách sử dụng đầu phun mực. Tuy nhiên, định nghĩa hiện nay bao gồm một loạt các quy trình sản xuất bồi đắp rộng hơn, bao gồm nung chảy chọn lọc bằng laser và sản xuất bồi đắp bằng chùm electron.
Đầu những năm 1980, nhà phát minh người Nhật Hideo Kodama đã phát triển hai kỹ thuật bồi đắp để tạo ra các mô hình nhựa ba chiều, từ đó nảy sinh ý tưởng về sản xuất bồi đắp. Ông đã tạo ra các cấu trúc in 3D bằng cách sử dụng polyme nhiệt rắn đóng rắn bằng ảnh.
Truy cập báo cáo mẫu (bao gồm biểu đồ, đồ thị và hình ảnh): https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/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 thể 3D từ nhiều loại vật liệu, bao gồm nhựa nóng chảy, bột và bê tông. Một ngôi nhà được 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 phù hợp với một chiếc bàn. Máy in 3D có ba loại cơ bản và tất cả chúng đều hoạt động hơi khác nhau.
Các loại máy in 3D
·Máy in tạo ảnh lập thể (SLA)– Máy in 3D sử dụng công nghệ tạo ảnh lập thể (SLA) có thể biến nhựa lỏng thành nhựa.
·Máy in thiêu kết laser chọn lọc (SLS) –Máy in SLS (thiêu kết laser chọn lọc): Những máy in này thiêu kết các hạt bột polyme thành các cấu trúc rắn bằng laser.
·Máy in đùn mô hình lắng đọng nóng chảy (FDM) –Những máy in này tạo ra các vật thể nhiều lớp bằng cách giải phóng các sợi nhiệt dẻo nóng chảy thông qua một vòi phun được làm nóng. Phương pháp xây dựng 3D là nơi những máy in này thường được sử dụng nhất.
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 bản thân phương pháp này, cho phép xây dựng các vật thể ba chiều bằng cách chồng các lớp vật liệu liên tiếp lên nhau, đã mang lại cho nó sự liên quan ngày càng tăng. 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 trong toàn bộ, 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 đáng kể 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 thông tin xây dựng) đang phát triển mạnh mẽ trong ngành xây dựng. Một máy in 3D lấy thông tin cần thiết từ chương trình CAD hoặc BIM và máy bắt đầu phủ các cấp độ vật liệu theo tín hiệu. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng 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, in 3D đã tiến bộ theo một cách tích cực trong mười năm qua đến mức giá trị thị trường của nó trong ngành xây dựng dự kiến sẽ đạt tới 1.034.096,7 nghìn đô la Mỹ vào năm 2028. Điều này làm tăng tốc độ tăng trưởng hàng năm kép của nó từ năm 2021 đến năm 2028 là 91,5%.
In 3D trong xây dựng trên toàn thế giới
Xây dựng và cơ sở hạ tầng tốt hơn ngày càng có nhu cầu, đặc biệt là ở các thành phố lớn. So với năm 1800, khi chỉ có 3% dân số sống ở các thành phố, thì có thêm 15% dân số sống ở các thành phố vào năm 1900. Đến năm 2050, Diễn đàn Kinh tế Thế giới dự kiến rằng hai phần ba dân số thế giới sẽ cư trú tại các thành phố lớn, tăng từ mức 55% hiện tại.
Nhiều sáng kiến của chính phủ hỗ trợ việc sử dụng in 3D hiện đang được xây dựng trên quy mô 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 dẫn đầu trong cuộc đua này.
Triển lãm 1
Triển lãm 2
Các công nghệ hiện có để in 3D trong xây dựng
Máy đùn cánh tay rô-bốt
Máy đùn cánh tay rô-bốt rất phổ biến trong số các công nghệ in 3D hiện có trên thị trường. Kỹ thuật này được gọi là tạo hình đường viền. Nó hoạt động tương tự như máy in 3D FDM để bàn. Các đường ray được thiết lập theo một mẫu cho phép cánh tay rô-bốt 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 thử nghiệm nó với máy in D-Shape 3D của mình là kiến trúc sư người Ý Enrico Dini. Trước khi xi măng hình dạng của công trình bằng chất kết dính, máy sẽ phủ bề mặt bằng bột cát. Điều này tương tự như hoạt động của máy in 3D kim loại.
Công nghệ kim loại
WAAM (Sản xuất bồi đắp bằng hồ quang dây) được phát triển bởi công ty khởi nghiệp MX3D của Hà Lan cho các cấu trúc chịu ứng suất cao hơn như cầu. Một rô-bốt 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 riêng cho nhiệm vụ. Rô-bốt có cấu hình 6 trục để in 3D các cấu trúc kim loại.
Lợi ích của in 3D trong xây dựng
·Tính linh hoạt trong thiết kế nâng cao –Việc tạo ra các thiết kế phức tạp là một khó khăn kiến trúc quan trọng mà 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 các máy in 3D xây dựng.
·Thích ứng với BIM –BIM Thông qua việc sử dụng công nghệ 3D, mô hình thông tin xây dựng đã thay 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 phát triển bởi việc 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.
·Cắt giảm sai sót của con người –Nền tảng của in 3D là hoạt động tự động được lập trình sẵn, không bị ảnh hưởng bởi con người. Điều này về cơ bản loại bỏ những sai lầm 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 hướng xanh. Các công ty xây dựng đã bắt đầu sử dụng các phương pháp xây dựng xanh do nhận thức về biến đổi khí hậu ngày càng tăng. Bằng cách sử dụng 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 cấu trúc 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. Ngoài chi phí môi trường của việc sản xuất điện với công suất lớn như vậy, việc đáp ứng nhu cầu điện năng lớn như vậy là tốn kém.
·Máy in 3D đắt tiền –Hiện tại, việc sử dụng in 3D không khả thi về mặt kinh tế vì công nghệ này vẫn còn ở giai đoạn sơ khai. Khoản đầu tư ban đầu cần thiết để thiết lập một cơ sở in 3D để xây dựng các cấu trúc là đáng kể và trong cấu hình hiện tại, nó quá tốn kém để triển khai trong lĩnh vực xây dựng chính.
·Sự khan hiếm vật liệu –Không thể sử dụng vật liệu xây dựng thông thường với máy in 3D. Vật liệu chuyên dụng, hiện chưa được sử dụng rộng rãi, được yêu cầu bởi một máy in 3D. Do chi phí vật liệu tăng đáng kể do sự khan hiếm và máy in đắt tiền, nên việc sử dụng nó cho các công trình xây dựng quy mô lớn là không khả thi.
Quy mô thị trường cho in 3D trong xây dựng
1. Ngôi nhà 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 ngôi nhà đầu tiên thuộc loại này sử dụng tự động hóa trong xây dựng nhà và giống hệt bất kỳ công trình bê tông nào khác. Tổng chi phí xây dựng dưới 10.000 đô la.
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 nhận tuyên bố của Tổ hợp Tháp Emirates 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 640 m2 và chiều cao 9,5 m.
3. Nhà in 3D ở Bắc Mỹ và Caribe
Các cộng đồng và tổ chức phi lợi nhuận trên toàn thế giới 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 24 giờ kỷ lục. 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 khả năng trở thành một công nghệ mang tính cách mạng, thay đổi ngành, sẽ giải quyết một số vấn đề hiện đang hoành hành trong lĩnh vực xây dựng. Mức độ tham vọng là rất lớn; ví dụ, 25% các công trình mới ở Dubai dự kiến sẽ được in 3D vào năm 2030. Nói một cách nhẹ nhàng, việc sử dụng in 3D trong lĩnh vực xây dựng có một tương lai đầy hứa hẹn.
Kết luận
Ngành xây dựng đang chuẩn bị cho sự đổi mới, bất chấp thực tế là in 3D vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại lâu dài. Các phương pháp xây dựng truyền thống có thể không hiệu quả, tốn kém, tốn thời gian và gây hại cho môi trường. Nhờ độ chính xác, tốc độ và độ tin cậy của in 3D, các kỹ sư xây dựng dân dụng có nhiều cơ hội để giải quyết những thách thức này và có lẽ làm cho việc thiết kế và xây dựng các công trình có thể ở được trở nên dễ dàng hơn và phải chăng hơn.
Tác giả: Sonu Kumar Sah
Để biết thêm chi tiết Liên hệ:
UnivDatos Market Insights
C80B, Sector-8, Noida,
Uttar Pradesh 201301
Đối với yêu cầu liên quan đến Bán hàng, vui lòng liên hệ với chúng tôi tại [email protected]