Nguyên lý máy in 3d trong xây dựng hiện đại nhất hiện nay

Công nghệ máy in 3D trong xây dựng có thể được coi là một bước tiến mới của lịch sử ngành xây dựng nhằm nâng cao tính giải pháp. Với máy in 3D, người ta đã có thể dễ dàng tạo ra mô hình thử nghiệm công trình kiến trúc hay thậm chí là in 3D vật liệu xi măng để dựng lên các bức tường nhà.

Nhưng liệu công nghệ in 3D trong xây dựng chỉ là một xu hướng thoáng qua hay nó có sức mạnh thực sự như một giải pháp công nghệ dài hạn quan trọng? Và tương lai của nó sẽ như thế nào? Trong bài viết ngày hôm nay, chúng ta sẽ khám phá cách mà in 3D đã và đang tạo ra làn sóng trong xây dựng. Bạn đọc hãy theo dõi nhé.

Thực trạng máy in 3D trong xây dựng

Tại Việt Nam, máy in 3D trong xây dựng hiện chỉ đang dừng lại ở việc tạo ra các mô hình thử nghiệm kiến trúc. Điều này giúp cho các nhóm thiết kế có thể đánh giá được thiết kế và cấu trúc xây dựng. Sau đó, họ sẽ thực hiện các điều chỉnh phù hợp để có giải pháp tối ưu nhất về chi phí, thời gian và nguồn lực cho mỗi công trình xây dựng.

Tuy nhiên, trong tương lai, nhu cầu về nhà ở sẽ ngày càng tăng cao. Và khi đó, công nghệ in 3D trong xây dựng chính là giải pháp hữu hiệu để tăng năng suất.

Hiện nay, tại nhiều quốc gia lớn trên thế giới đã có thể xây nhà bằng công nghệ in 3D. Mới đây, Phó tổng thống kiêm Thủ tướng của UAE đã tuyên bố rằng đến năm 2030, khoảng 25% tòa nhà của Dubai sẽ được xây dựng bằng công nghệ in 3D.

Năm 2015, IAAC đã xây dựng cây cầu dành cho người đi bộ bằng công nghệ in 3D đầu tiên trên thế giới nằm tại Madrid.

Tháng 12/2016, một ngôi nhà in 3D cách Moscow 60 dặm được Apis Cor xây dựng lên chỉ trong 24 giờ với chi phí là 10.154 USD.

Gần đây nhất là cuối năm 2020, khi dịch bệnh Covid-19 bùng phát, một công ty xây dựng tại Thượng Hải đã xây dựng nhanh 15 phòng cách ly 10 m2. Mỗi phòng được xây dựng chỉ trong 2 giờ với chi phí khoảng 28.000 NDT (93 triệu VND).

Công nghệ máy in 3D trong xây dựng

Cho đến nay, các ngôi nhà in 3D có thể được xây dựng dựa trên kỹ thuật như sau:

• Máy in 3D tạo ra các bức tường rỗng bằng phương pháp lắng đọng hàng trăm lớp bê tông lỏng.
• Đầu đùn của máy in có thể được hỗ trợ bằng cần trục hoặc cánh tay robot.
• Hỗn hợp bê tông phải đủ lỏng để có thể dễ dàng đùn ra bằng vòi phun. Nhưng không được quá nhiều để tạo thành các lớp đồng đều.
• Không cần dùng bất kỳ ván khuôn hoặc cấu trúc cố định nào cho đến khi bê tông đông cứng.
• Ngay sau khi bê tông đông cứng, vật liệu cách nhiệt được đưa vào trong các hốc tường và các khe hở.
• Các ống kỹ thuật lắp đặt trong nhà để dẫn hệ thống dây điện cũng có thể được in 3D.
• Máy in 3D cũng có thể tạo ra các thành phần nội thất như là bếp nấu, bồn tắm,…
• Thời gian để hoàn thành một ngôi nhà in 3D mất từ 24h – 7 ngày, tùy thuộc vào quy mô.

Tuy nhiên, phương pháp trên khá phức tạp, cùng với đó là cần có một máy in 3D đủ lớn để có thể bao quát được hết căn nhà. Do vậy, người ta đã nghĩ đến một phương pháp nhỏ gọn hơn. Đó là in 3D từng bộ phận và lắp ráp chúng lại với nhau để có được một ngôi nhà in 3D hoàn chỉnh.

Sự phát triển của công nghệ in 3D trong xây dựng

Trong gần hai thập kỷ qua, in 3D đã được ứng dụng trong hàng loạt các sáng kiến và dự án xây dựng đầy tham vọng. Một số dự án được coi là dấu mốc quan trọng bao gồm:

• 2004: một giáo sư USC đã tạo ra bức tường in 3D đầu tiên và được chấp nhận rộng rãi. Đây được coi là bước tiến đầu tiên của công nghệ in 3D vào lĩnh vực xây dựng.
• 2014: một ngôi nhà hoàn chỉnh trên kênh được xây dựng bằng công nghệ in 3D tại Amsterdam.
• 2016: Trung Quốc đã xây dựng thành công một dinh thự lớn chỉ bằng công nghệ in 3D.

• 2016: một cột mốc quan trọng về việc in 3D trong xây dựng thương mại. Đó là Dubai đã xây dựng thành công một tòa nhà văn phòng rộng gần 260m2 chỉ trong 17 ngày.
• 2019: BAM đã mở trung tâm in bê tông đầu tiên của Châu Âu tại Hà Lan. Và đã xây dựng một số cây cầu in 3D trong toàn khu vực.
• 2021: hàng loạt công ty xây dựng lớn trên thế giới đã ứng dụng công nghệ in 3D để xây dựng phòng cách ly tạm thời cho bệnh nhân Covid-19.

Với tốc độ phát triển nhanh chóng, thị trường xây dựng in 3D dự kiến sẽ đạt 1.5 tỷ USD vào năm 2024.

Giải pháp và lợi ích của công nghệ in 3D trong xây dựng

Khi ngành xây dựng đang phải đối mặt với áp lực đáp ứng lịch trình và ngân sách chặt chẽ. In 3D sẽ là một giải pháp tiềm năng đáng kể để tăng hiệu quả trong lĩnh vực xây dựng.

Lợi ích của việc ứng dụng in 3D để xây dựng kiến trúc hay nhà in 3D bao gồm:

Tốc độ:

• Nhiều dự án thành công đã chứng minh in 3D có thể xây một ngôi nhà chỉ trong vài ngày. Đây là một khoảng thời gian nhanh hơn rất nhiều so với các phương pháp truyền thống có thể mất đến hàng tháng hoặc hàng năm để hoàn thành một tòa nhà.
• Theo một nghiên cứu, in 3D giúp các doanh nghiệp tiết kiệm đến 60% thời gian và 80% lao động.

Giảm thiểu chất thải:

• In 3D là một quy trình chế tạo chỉ sử dụng vật liệu cần thiết để tạo ra cấu trúc. Nếu kết hợp nó với các phương pháp xây dựng tinh gọn thì việc xây dựng một ngôi nhà không chất thải là điều có thể xảy ra.

Cấu trúc phức tạp:

• Với in 3D, các kiến trúc sư có thể xây dựng các thiết kế phức tạp mà không thể làm được hoặc quá tốn kém để làm ra bằng các phương pháp truyền thống.

Giảm thiểu thiệt hại:

• Có thể nói, công nhân xây dựng là một trong những ngành nghề có tỷ lệ nguy hiểm cao nhất. Nếu áp dụng in 3D trong xây dựng, các quy trình sẽ trở nên tự động hóa. Từ đó, mọi thiệt hại về người sẽ được giảm xuống đáng kể.

Tiết kiệm chi phí:

• Từ việc rút ngắn thời gian xây dựng và rút gọn nhân công. Các doanh nghiệp sẽ tiết kiệm được một khoản chi phí đáng kể.

Tổng kết

Công nghệ in 3D trong xây dựng đã và đang được tập trung nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ. Bất chấp đại dịch, năm 2021, hàng loạt các công trình xây dựng in 3D được khánh thành tại Hà Lan, Dubai, Đan Mạch và Hoa Kỳ. Tương lai gần, chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng nhà trong một ngày chỉ bằng một nút bấm.

Nhìn chung, in 3D đã sẵn sàng trở thành một giải pháp khả thi trong việc tạo ra các tòa nhà tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Tiềm năng của công nghệ in 3D trong xây dựng là quá lớn, nó sẽ được cải thiện đáng kể và phát triển mạnh mẽ trong tương lai.