فناوری چاپ سه بعدی برای ساخت و ساز

صنعت ساخت و ساز در پذیرش فناوری های جدید کند است. با این حال، در سال های اخیر، فناوری چاپ سه بعدی برای ساخت و ساز به عنوان یک راه حل امیدوارکننده برای بسیاری از چالش های صنعت ظاهر شده است. پرینتر سه بعدی که به عنوان تولید افزودنی نیز شناخته می شود، فرآیندی است که لایه های مقطعی مواد را یکی پس از دیگری قرار می دهد تا زمانی که شی کامل ساخته شود.

این تکنیک برای چندین دهه در صنایع خودروسازی و هوافضا و سایر موارد مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، پتانسیل آن برای ساخت و ساز، به تازگی مورد بررسی قرار گرفته است. فناوری این پتانسیل را دارد که شیوه طراحی و ساخت سازه‌ها را متحول کند و ساخت و ساز را سریع‌تر، کارآمدتر و پایدارتر کند.

شکل 1 چاپگر سه بعدی را نشان می دهد که در صنعت ساخت و ساز استفاده می شود:

در این مقاله به بررسی مزایا و چالش های فناوری پرینت سه بعدی برای ساخت و ساز می پردازیم. ما همچنین روش‌های مختلف پرینت سه بعدی را که ممکن است در صنعت ساخت‌وساز اعمال شود، در نظر خواهیم گرفت و به برخی از سوالات متداول پاسخ خواهیم داد. با 3dRD همراه باشید.

چگونه از فناوری چاپ سه بعدی در ساخت و ساز استفاده می شود؟

سیستم های پرینت سه بعدی که به طور خاص برای ساخت و ساز ایجاد می شوند معمولاً به عنوان “چاپگرهای سه بعدی ساختمانی” شناخته می شوند. یک پروژه پرینت سه بعدی ساختمانی (C3DP) معمولاً با یک مدل دیجیتالی سه بعدی از ساختاری که باید ساخته شود شروع می شود. این مدل تقریباً به لایه ها تقسیم می شود. سپس ربات چاپگر یا سیستم دروازه ای یک مسیر از پیش برنامه ریزی شده را دنبال می کند تا هر لایه مواد را رسوب دهد، خطوط کلی لایه را ردیابی کند و مواد را تا زمانی که کل برش کامل شود، اکسترود می کند.

پس از تکمیل یک لایه، لایه بعدی در بالای لایه اول شروع می شود و ساخت و ساز به همین ترتیب ادامه می یابد تا ساختار کامل ساخته شود. ممکن است از موادی مانند بتن، فلز یا پلیمرها برای تشکیل این ساختار سه بعدی استفاده کند.

رایج ترین فناوری چاپ سه بعدی برای ساخت و ساز شامل یک بازوی رباتیک است که در حین حرکت به جلو و عقب، بتن را بیرون می کشد. صحافی پودری و جوشکاری افزودنی روش های دیگری است که برای چاپ سه بعدی در ساخت و ساز استفاده می شود. اتصال پودری شامل انجماد لایه های پودری برای ایجاد جسم مورد نظر است. جوشکاری افزودنی در آمستردام با چاپ یک پل فلزی کاربردی و در مقیاس کامل نشان داده شد. تا به امروز از پرینت سه بعدی برای چاپ خانه ها، ادارات و سایر سازه ها استفاده شده است.

چرا فناوری پرینت سه بعدی برای شرکت های ساختمانی سودمند است؟

صنعت ساخت و ساز می تواند از فناوری چاپ سه بعدی به طرق مختلفی بهره مند شود. در مرحله اول، اجازه می دهد تا قطعات و اجزای سازنده برای یک پروژه خاص طراحی شوند، انعطاف پذیری بیشتر در طراحی و عملکرد بهبود یافته ارائه می شود. ثانیاً، تنها با استفاده از مقدار مواد مورد نیاز برای ایجاد یک ساختار، می‌تواند به میزان قابل توجهی ضایعات را کاهش دهد که منجر به صرفه‌جویی در هزینه و بهبود پایداری می‌شود.

فراتر از آن، می تواند روند ساخت و ساز را تسریع بخشد، زیرا قطعات و اجزاء را می توان به سرعت در محل ساخت و در نهایت منجر به تکمیل سریعتر پروژه می شود. چاپ همچنین می تواند با کاهش تعداد کارهای خطرناکی که کارگران انجام می دهند، ایمنی را بهبود بخشد. در نهایت، در حالی که سرمایه گذاری اولیه در فناوری چاپ سه بعدی می تواند قابل توجه باشد، کارایی و مزایای دیگر آن منجر به صرفه جویی در هزینه در طول عمر تجهیزات می شود. به طور کلی، مزایای بالقوه پرینت سه بعدی آن را به یک فناوری امیدوارکننده برای کل صنعت ساخت و ساز تبدیل می کند.

مطلب تصادفی: 8 مزیت پرینتر سه بعدی در ساخت مجسمه

مزایای پرینت سه بعدی برای ساخت و ساز چیست؟

فناوری چاپ سه بعدی مزایای بی شماری را برای صنعت ساخت و ساز فراهم می کند که فرآیندهای تولید سنتی نمی توانند. این مزایا شامل موارد زیر است:

1. طراحی و نوآوری انعطاف پذیر: اشکال و طرح های پیچیده از طریق چاپ سه بعدی بسیار بیشتر از فرآیندهای تولید سنتی امکان پذیر است. برخلاف روش‌های قدیمی‌تر که بر استفاده مجدد از طرح‌ها و قالب‌ها تکیه می‌کنند، پرینت سه بعدی شما را قادر می‌سازد تا راه‌حل‌های سفارشی‌سازی شده ایجاد کنید. با کمک نرم افزار جدید، معماران می توانند ساختمان های قابل چاپ خلاقانه ای را طراحی کنند.
   به عنوان مثال، اگر مشتریان طرح های خاص یا اشکال نامتعارف را برای خانه یا محل کار خود درخواست کنند، مدل ها را می توان به راحتی در نرم افزار تغییر داد و برای مطابقت با آنها چاپ کرد. این فرآیند کمترین تأثیر را بر هزینه دارد و نسبت به روش های سنتی ساخت و ساز به تلاش انسانی کمتری نیاز دارد. کاربردهای پرینتر سه بعدی در معماری را مطالعه کنید.
2. تولید سریع: فناوری پرینت سه بعدی می تواند قطعات را ظرف چند ساعت تولید کند و فرآیند نمونه سازی را تسریع کند. با انجام این روش، هر مرحله از فرآیند طراحی می‌تواند سریع‌تر و ارزان‌تر از زمانی که اقلام ماشین‌کاری می‌شوند اتفاق بیفتد. اتوماسیون (یا حداقل اتوماسیون جزئی) این فناوری به این معنی است که خانه ها یا سازه ها را می توان در چند روز ساخت. پرینترهای خودکار می توانند در طول شب و گاهی اوقات حتی در آب و هوای بد نیز کار کنند، بنابراین زمان خرابی شما به حداقل می رسد.
3. به حداقل رساندن ضایعات: سایت های ساختمانی به دلیل ایجاد زباله های زیاد بدنام هستند. با این حال، فناوری پرینت سه بعدی فقط از مواد مورد نیاز برای هر قسمت استفاده می‌کند و در نتیجه هدر رفت بسیار اندک است.
4. مواد بازیافتی: یکی دیگر از مزایای پرینت سه بعدی این است که چاپگرها می توانند از مواد بازیافتی استفاده کنند. این به نفع شرکت شما و محیط زیست است. پرینترهای سه بعدی معمولاً الگوهای شبکه ای ایجاد می کنند تا پلاستیک بازیافتی، به عنوان مثال، بتواند اساس یک ساختار محکم را تشکیل دهد. صنعت ساخت و ساز همچنین از بتن بازیافتی و سایر مواد بازیافتی سود می برد.
5. اثربخشی درازمدت هزینه: فناوری چاپ سه بعدی می تواند جای ماشین های تولیدی متعدد را بگیرد، بنابراین هزینه تجهیزات شما معقول تر خواهد بود. کاهش اتلاف و خرابی کمتر نیز باعث صرفه جویی در هزینه می شود.
6. خطای انسانی کمتر: فناوری پرینت سه بعدی می تواند به طور قابل توجهی وقوع خطاها را در طول ساخت و ساز کاهش دهد. سازه های پرینت سه بعدی با کیفیت بالا به جلوگیری از حوادث ساختمانی کمک می کند و نتایج درجه یک را به مشتریان ارائه می دهد. پرینترهای سه بعدی با توانایی کارکرد شبانه روزی می توانند نیاز به نیروی انسانی را به حداقل برسانند و کارگران در درجه اول نقش های نظارتی را بر عهده دارند.

معایب پرینت سه بعدی برای ساخت و ساز چیست؟

اگرچه مزایای بسیاری در ارتباط با پرینت سه بعدی در صنعت ساخت و ساز وجود دارد، اما برخی از اشکالات نیز وجود دارد. برخی از این موارد عبارتند از:

1. هزینه های سرمایه گذاری بالا: خرید یا حتی اجاره یک چاپگر سه بعدی می تواند بسیار گران باشد. همچنین چالش های لجستیکی حمل پرینترهای سه بعدی بزرگ به محل کار وجود دارد. علاوه بر هزینه اولیه چاپگرها، هزینه های جاری برای مواد و نگهداری نیز باید در نظر گرفته شود. در نتیجه، بسیاری از متخصصان ساخت‌وساز توجیه هزینه‌های فناوری پرینت سه‌بعدی را در مقابل مزایای بالقوه آن دشوار می‌دانند. پرینترهای سه بعدی بتن را مطالعه کنید.
2. کمبود نیروی کار: صنعت ساخت و ساز در حال رشد است اما کمبود کارگران ماهر وجود دارد. چاپ سه‌بعدی به مجموعه‌ای از مهارت‌های تخصصی‌تر نیاز دارد، که می‌تواند از مجموعه‌ای از کاندیداهای در حال حاضر محدود و تخصصی به دست آید. در نتیجه، کمبود نیروی کار احتمالاً برای آینده قابل پیش‌بینی همچنان یک مشکل خواهد بود.
3. کنترل کیفیت: در حالی که فناوری پرینت سه بعدی قادر به تولید ساختارهای پیچیده و طرح های سفارشی است، حفظ کیفیت محصول نهایی می تواند چالش برانگیز باشد. در ساخت و ساز سنتی، سرپرستان کار کارگران خود را برای مشکلات یا خطاهای کیفیت بررسی می کنند. اما از آنجایی که فرآیند چاپ سه بعدی خودکار است، ساخت و ساز به دقت و دقت چاپگر متکی است.
   علاوه بر این، کیفیت مواد خام نیز می تواند بر کیفیت محصول نهایی تأثیر بگذارد. صنعت ساخت و ساز استانداردهای سختگیرانه ای برای مصالح ساختمانی دارد و اطمینان از اینکه مواد پرینت سه بعدی مطابق با این استانداردها هستند می تواند یک چالش باشد. هنوز هیچ معیار جهانی کنترل کیفیتی وجود ندارد که بتوان بر اساس آن مواد چاپی را قضاوت کرد.
4. چالش های مقررات: چارچوب قانونی برای چاپ سه بعدی در حوزه ساخت و ساز در حال حاضر نامشخص است. این فقدان نظارت دولت مانع مهمی در برابر پذیرش سریع این فناوری است. ادغام فناوری چاپ سه بعدی در فرآیند مدیریت پروژه ساخت و ساز سنتی نیز یک چالش خواهد بود. زمان و اراده سیاسی قابل توجهی برای به روز رسانی آیین نامه های ساختمانی برای انعکاس فناوری جدید نیاز دارد. در نهایت، هدف ایجاد یک کد ساختمانی پرینت سه بعدی ساخت و ساز سازگار است که در همه شهرداری ها اعمال می شود.

انواع مختلف فناوری چاپ سه بعدی مورد استفاده در ساخت و ساز چیست؟

در حوزه ساخت و ساز، فناوری چاپ سه بعدی به طور معمول به دو دسته تقسیم می شود: بازوهای رباتیک و تنظیمات سبک دروازه ای. در زیر به هر یک از این فناوری ها پرداخته می شود:

اکسترودرهای بازوی رباتیک: اکسترودرهای بازوی رباتیک مشابه جرثقیل ها پیکربندی می شوند و به عنوان یک روش کانتورینگ شناخته می شوند. بازوی رباتیک در حالی که موادی مانند بتن یا پلیمرها را لایه به لایه آزاد می کند تا ساختاری سه بعدی ایجاد کند، حرکت می کند. بازوی رباتیک پرینتر سه بعدی را می توان با استفاده از نرم افزار طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) کنترل کرد تا مواد را به طور دقیق در یک الگو، شکل و ضخامت خاص قرار دهد. شکل 2 زیر نمونه ای از بازوی رباتیک است:

سیستم دروازه ای: یک چاپگر سه بعدی دروازه ای در یک محیط ساخت و ساز، یک چاپگر سه بعدی در مقیاس بزرگ است که از یک سیستم دروازه ای برای حرکت هد چاپ در امتداد محورهای X، Y و Z استفاده می کند. آنها در میان گروه‌های ساختمانی که سازه‌ها و ساختمان‌های بزرگ را چاپ سه بعدی می‌کنند، رایج هستند. چاپگرهای سه بعدی Gantry معمولاً بر روی ریل ها یا مسیرها نصب می شوند و به آنها اجازه می دهد به شیوه ای دقیق و کنترل شده حرکت کنند. آنها می توانند اشیاء را در مقیاس های بسیار بزرگتر از انواع دیگر پرینترهای سه بعدی چاپ کنند که آنها را برای پروژه های ساختمانی ایده آل می کند. پرینترهای سه بعدی Gantry به دلیل پایداری و مزایای هزینه نسبت به سایر انواع چاپگرهای سه بعدی شناخته شده اند. شکل 3 نمونه ای از چاپگر سه بعدی Gantry است:

چه روش هایی برای پرینت سه بعدی برای ساخت و ساز استفاده می شود؟

چندین تکنیک پرینت سه بعدی را می توان در صنعت ساخت و ساز به کار برد که هر روش مزایا و محدودیت های خود را دارد. در اینجا برخی از رایج ترین روش های چاپ سه بعدی در ساخت و ساز آورده شده است:

1. اکستروژن: این رایج ترین تکنیک چاپ سه بعدی در صنعت ساخت و ساز است. این شامل توزیع مواد از طریق یک یا چند نازل نصب شده بر روی بازوی روباتیک، سیستم دروازه ای یا جرثقیل است. این روش تقریباً در همه محیط ها قابل استفاده است و معمولاً برای مدل سازی، نمونه سازی و تولید استفاده می شود.
2. باندینگ پودری: باندینگ پودری یک روش چاپ سه بعدی است که با سایر تکنیک ها تفاوت دارد زیرا از مواد پودری به عنوان جزء اصلی آن استفاده می کند. جتینگ بستر پودری و جت بایندر دو روشی هستند که در این دسته قرار می گیرند. در جت کردن بستر پودر، لیزر ذرات مصالح ساختمانی را بر روی هر لایه مورد نظر از جسم ذوب می کند در حالی که مواد بیشتری برای تشکیل یک لایه جدید اضافه می شود. روش دیگر، بایندر جتینگ از یک سر چاپ استفاده می کند که یک ماده اتصال دهنده مایع را روی بستر چاپ پودری پخش می کند. بایندر ذرات را به هم متصل می کند و هر لایه از جسم مورد نظر را قبل از اضافه شدن یک لایه جدید تشکیل می دهد. این فرآیند لایه به لایه تکرار می شود تا زمانی که چاپ به پایان برسد. این تکنیک دقت بالایی را ارائه می دهد و می تواند چاپ های پیچیده تری را مدیریت کند.
3. اسپری: این فرآیند شامل یک ربات مستقل است که به طور انتخابی مواد ساختمانی تحت فشار را به شکل دلخواه اسپری می کند و فرآیند را لایه به لایه تکرار می کند. این روش حفره هایی را بر جای می گذارد که می توان آنها را با بتن پر کرد. کاربرد آن در حال حاضر برای عناصر عمودی و سایر ویژگی‌ها مانند نما یا تزئینات سقف در حال بررسی است.
4. لایه های شنی: این یک روش پرینت سه بعدی است که شامل رهاسازی لایه های ماسه برای ایجاد یک ساختار است. چاپگر دانه های شن و ماسه را تا رسیدن به ضخامت مورد نظر آزاد می کند. سپس قطرات عامل باندینگ توسط چاپگر رها می شود که ماسه را سخت و چسبانده می کند. این تکنیک برای ایجاد سازه های کوچک یا اجزای ساختمانی مناسب است. یکی از مزایای استفاده از لایه های شنی این است که مواد مورد استفاده در این تکنیک اغلب ارزان و به راحتی در دسترس هستند. همچنین این روش نسبتاً ساده ای است که نسبت به سایر روش های چاپ سه بعدی به تجهیزات تخصصی کمتری نیاز دارد.

محدودیت های چاپ سه بعدی در مورد ساخت و ساز چیست؟

با وجود مزایای فراوان، چاپ سه بعدی در حوزه ساخت و ساز هنوز دارای محدودیت های متعددی است. در اینجا برخی از مهم ترین محدودیت ها وجود دارد:

مواد محدود: چاپ سه بعدی در ساخت و ساز در حال حاضر به طیف نسبتاً کمی از مواد از جمله بتن، پلاستیک و کامپوزیت محدود شده است. این کار انواع ساختارهایی را که می توانید چاپ کنید و همچنین دوام و طول عمر آنها را محدود می کند.
محدودیت های اندازه: اگرچه برخی از ساختارهای بزرگ قابل چاپ هستند، اندازه خود چاپگر اغلب اندازه محصول نهایی را محدود می کند. این امر چاپ پروژه های بزرگ را دشوار و وقت گیر می کند.
کنترل کیفیت: اطمینان از کیفیت سازه های پرینت سه بعدی می تواند چالش برانگیز باشد، به ویژه از آنجایی که هیچ استاندارد یا کد صنعتی ثابتی برای ساخت و ساز با چاپ سه بعدی وجود ندارد.
هزینه سرمایه گذاری: هزینه فناوری و مواد پرینت سه بعدی می تواند زیاد باشد. این به تنهایی می تواند توجیه استفاده از آن را نسبت به روش های ساخت و ساز سنتی دشوار کند.
نیروی کار ماهر: چاپ سه بعدی نیازمند مجموعه ای تخصصی از مهارت ها و دانش است که هنوز به طور گسترده در صنعت ساخت و ساز در دسترس نیست. به سادگی کارگران واجد شرایط زیادی وجود ندارند که بتوانند پرینترهای سه بعدی را در تنظیمات ساخت و ساز کار و نگهداری کنند.

اندازه گیری خانه های پرینت سه بعدی چقدر دقیق است؟

به طور کلی، چاپگرهای سه بعدی در صنعت ساخت و ساز نسبتاً دقیق هستند. با این حال، برخی از عوامل می تواند بر دقت آنها تاثیر بگذارد. این عوامل عبارتند از: نوع چاپگر، کیفیت مواد چاپی، طراحی سازه و مهارت اپراتور چاپگر. توجه به این نکته مهم است که فناوری چاپ سه بعدی هنوز نسبتاً جدید و در حال توسعه است و پرینترهای مختلف از نظر توانایی بسیار متفاوت هستند.

علاوه بر این، دقت ساختار پرینت سه بعدی ممکن است تحت تأثیر عواملی مانند دما و رطوبت در طول فرآیند چاپ و همچنین هرگونه خطا در طرح اصلی یا تبدیل طرح به فرمت فایل قابل چاپ باشد.

بهترین پرینترهای سه بعدی برای ساخت و ساز کدامند؟

بسیاری از پرینترهای سه بعدی مختلف را می توان در صنعت ساخت و ساز استفاده کرد. در زیر لیستی از بهترین پرینترهای سه بعدی برای ساخت و ساز آورده شده است:

BetAbram P1: این چاپگر سه بعدی از یک سیستم دروازه ای با حجم ساخت 16 x 8.2 x 2.5 متر استفاده می کند.
COBOD BOD2: این چاپگر سه بعدی از سیستم دروازه ای با حجم ساخت 14.62 x 50.52 x 8.14 متر استفاده می کند.
MAXI PRINTER: MAXI PRINTER یک چاپگر بازوی رباتیک است و دارای حجم ساخت 12.25 x 12.25 x 7 متر است.
ICON Vulcan II: چاپگر سه بعدی ICON Vulcan II از سیستم دروازه ای استفاده می کند و حجم ساخت آن 2.6 x 8.5 x 2.6 متر است.
CyBe Construction CyBe RC 3DP: این چاپگر سه بعدی از فناوری بازوی روباتیک استفاده می کند. حجم ساخت آن 2.75 x 2.75 x 2.75 متر است.

آیا فناوری پرینت سه بعدی قادر به ساخت ساختمان های بلندمرتبه است؟

نه هنوز. اگرچه فناوری پرینت سه بعدی برای ساخت سازه های بزرگ، از جمله ساختمان های بلند، نویدبخش بوده است، اما این فناوری هنوز به وظیفه خود نرسیده است. چاپگرها و مواد چاپی موجود برای ساخت و سازهای بلند به اندازه کافی قوی و بادوام نیستند.

با این حال، پیشرفت‌ها در فناوری پرینت سه بعدی – و همچنین پیشرفت‌های جدید در علم و مهندسی مواد – احتمالاً چاپ‌های بلند را در آینده ممکن می‌سازد. Cazza Technologies، یک شرکت ساختمانی مستقر در دبی، برنامه های خود را برای ساخت اولین آسمان خراش با استفاده از فناوری چاپ سه بعدی اعلام کرده است.

مقاله آموزشی درباره پرینترهای سه بعدی FDM: نحوه رفع عدم چاپ حفره ها در Cura (پر کردن فضای خالی)

آیا پرینتر سه بعدی می تواند انواع مدل های معماری را چاپ کند؟

بله، پرینترهای سه بعدی قادر به چاپ طیف وسیعی از مدل های معماری هستند. با این حال، مناسب بودن پرینت سه بعدی برای یک مدل خاص به عواملی مانند اندازه، پیچیدگی و مواد مورد نیاز بستگی دارد. به عنوان مثال، چاپ سه بعدی برای ایجاد کپی های متعدد از یک مدل به سرعت و با دقت مفید است. چاپ می تواند شامل مواد و رنگ های مختلف باشد. با این حال، وقتی صحبت از مدل‌های معماری بزرگ‌تر می‌شود، چاپ سه بعدی ممکن است به دلیل محدودیت‌های اندازه فناوری بهترین گزینه نباشد. در چنین مواردی، تکنیک‌های دیگری مانند فرز CNC، برش لیزری یا مدل‌سازی سنتی ممکن است مناسب‌تر باشند.

آیا پرینت سه بعدی برای فرآیند ساخت و ساز کند است؟

نه، چاپ سه بعدی کند نیست. در مقایسه با روش های ساخت و ساز سنتی، چاپ سه بعدی برای ساخت و ساز به طور کلی سریع تر، کارآمدتر است و به کار دستی کمتری نیاز دارد. با این حال، سرعت پرینت سه بعدی برای ساخت به عوامل مختلفی مانند اندازه و پیچیدگی سازه، نوع و اندازه پرینتر سه بعدی مورد استفاده و مواد چاپ شده بستگی دارد.

پرینت سه بعدی را می توان در یک فرآیند پیوسته و بدون نیاز به مونتاژ وقت گیر اجزای جداگانه انجام داد. از آنجایی که پرینت سه بعدی حداقل ضایعات را ایجاد می کند، محل کار زمان کمتری برای تمیز کردن نیاز دارد و حتی در زمان شما صرفه جویی می کند. با این حال، فرآیند چاپ برای سازه‌های بزرگ‌تر همچنان می‌تواند زمان‌بر باشد و در برخی موارد، چاپگر ممکن است نیاز به مکث داشته باشد تا مواد خشک شود. برای خرید پرینتر سه بعدی ارزان قیمت میتوانید از فروشگاه آنلاین 3dRD بازدید بفرمایید.

3dRD

شرکت صنعت سامه با نام تجاری 3dRD بزرگترین و تخصصی ترین تولیدکننده پرینترهای سه بعدی در ایران

Translated from: xometry.com