چاپ ساختمان با فناوری سه بُعدی!

فکر میکنید صنعت چاپ چقدر پیشرفت داشته است؟ در طول روز همواره با محصولاتی سروکار داریم که به نوعی با چاپ ارتباط داشته اند. لباسی که به تن میکنیم، کتابی که میخوانیم، تابلوهای تبلیغاتی که میبینیم و حتی خانه ای که در آن زندگی میکنیم. درست است، خانه های چاپی!

ساخت خانه با استفاده از پرینترهای سه بعدی

این یک مفهوم نوظهور در صنعت ساخت و ساز است که در حال رشد و توسعه قراردارد. این فرآیند به نام "چاپ ساختمان" یا "3D printing construction " شناخته می‌شود و از تکنولوژی پرینترهای سه بعدی بهره می‌برد تا اجسام سه بعدی را به طور لایه به لایه با ساختار منسجم به شکل خانه بسازد. این فناوری باعث به وجود آمدن استانداردهای جدید در حوزه ساختمان سازی شده  که قواعد و چالش های مهندسی و فنی گوناگونی به این رشته اضافه کرده است.

فرآیند ساخت خانه با پرینترهای سه بعدی

طراحی و مدل‌سازی:ابتدا باید یک مدل دقیق از خانه با نرم‌افزار مدل‌سازی سه بعدی ایجاد شود. این مدل شامل تمام جزئیات معماری، اندازه‌ها و ساختارهای داخلی و خارجی خانه با مقیاس و ابعاد به واحدهای اندازه گیری قابل تشخیص دستگاه است.

پرینت ساختمان:پس از ایجاد مدل 3D، پرینتر سه بعدی با استفاده از مواد ساخت، مثل خمیر سیمان، پلاستیک تقویت‌شده، فلز یا حتی بتن، به طور لایه به لایه ساختار خانه را ایجاد می‌کند. این پرینترها معمولاً به شکلی خاص و با دقت بالا به ایجاد قسمت‌های مختلف خانه می‌پردازند.

پس از ساختار اولیه:پس از پایان فرآیند پرینتینگ، خانه اولیه ساخته می‌شود که ممکن است نیاز به تکمیلات و پیش‌پردازش‌های دیگری داشته باشد. این مراحل شامل نصب پنجره‌ها، درها، پوشش‌های داخلی، سیستم‌های برقی و بهداشتی و غیره می‌شود.

آزمایشات و تحلیل:پس از ایجاد ساختمان اولیه، باید آزمایش‌ها و تجزیه و تحلیل‌های مختلفی انجام شود تا اطمینان حاصل شود که خانه ساخته شده به استانداردهای ساخت و ساز مطابقت دارد و از نظر استحکام و ایمنی مناسب است. مقاومت در برابر شرایط طبیعی و محیطی از مهمترین این آزمایشات است.

تکمیل و تزئین:پس از اطمینان از کیفیت ساختار، می‌توان به تکمیل و تزئین داخلی و خارجی خانه پرداخت. این شامل اضافه کردن تجهیزات داخلی، دیزاین داخلی، رنگ‌آمیزی و تزئینات نهایی می‌شود. این مرحله نیز با کمک چاپ سه بعدی امکان پذیر است. از دکور و کابینت آشپزخانه تا شومینه و حتی سرویس های بهداشتی با فناوری 3DPrinting ساخته میشوند.

کشورهایی که شروع به چاپِ خانه کرده اند

فرآیند ساخت خانه با استفاده از پرینترهای سه بعدی هنوز در مراحل آزمایشی و توسعه قرار دارد و در برخی کشورها به طور محدود اجرا شده است اما تصور میشود با سرعت گرفتن علم این تکنولوژی به زودی در سراسر جهان قابل اجرا باشد. برخی از کشورهایی که با این روش اقدام به ساخت منزل برای مردم خود کرده اند عبارتند از:

چین: یکی از کشورهای پیشتاز در استفاده از پرینتینگ ساختمان است. در این کشور، پروژه‌های ساختمانی از جمله خانه‌ها، پل‌ها و سازه‌های عمومی با استفاده از پرینترهای سه بعدی در حال اجرا هستند.

هلند: این کشور در زمینه پرینتینگ ساختمان فعالیت دارد و از این تکنولوژی برای ساختمان‌های مسکونی و تجاری استفاده می‌کند.

امارات متحده عربی: همسایه ما در خیلج فارس نیز به تازگی از این تکنولوژی استفاده کرده و چندین پروژه ساختمانی را اجرا کرده است.

آمریکا: در ایالات متحده نیز آزمایش‌هایی در زمینه پرینتینگ ساختمان صورت گرفته و برخی مناطق برای این تحقیق توسعه یافته است.

اوکراین: پس از حمله نظامی روسیه به اوکراین و تخریب بخش هایی از سکونتگاه مردم این کشور، اکنون ساخت خانه با روش چاپ سه بعدی در برخی از مناطق آغاز شده است.

چالش های پیش رو برای خانه سازی به روش چاپ سه بعدی

جنبه‌های فنی و مهندسی سازه : طراحی و ساخت سازه‌های ساختمانی به وسیله پرینترهای سه بعدی نیازمند مهندسی دقیق و مطابق با استانداردهای سازه‌ای است. این چالش نیازمند توسعه متدولوژی‌ها و فناوری‌های جدید است. هم اکنون این روش در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارد و تا تکمیل شدن آن نیاز به زمان بیشتری میباشد.

مواد ساخت و ساز:موادی که به وسیله پرینترهای سه بعدی استفاده می‌شوند باید مقاوم، پایدار، و مناسب برای سازه‌های ساختمانی باشند. انتخاب مواد مناسب، توسعه مواد جدید و دارا بودن استانداردهای لازم برای شکل گیری یک ساختمان از چالش‌های اساسی است.

سرعت چاپ:سرعت پرینتینگ ساختمان با توجه به امکانات موجود، بالا نیست و این مورد ممکن است باعث عدم اجرای پروژه­ های بزرگتر در ساختمان سازی شود.

هزینه ساخت و ساز:پرینتینگ ساختمان ممکن است هزینه‌بر باشد، به‌خصوص در مراحل اولیه توسعه. تحقیق در زمینه کاهش هزینه‌ها و افزایش کارایی اهمیت دارد. موقعیت جغرافیایی، مواد ساخت، حامل های انرژی و هزینه های کارگری از اهم موارد در تعیین هزینه است.

اندازه دستگاه چاپ:تا به حال پرینترهای سه بعدی معمولاً مختص اشیاء کوچکتر بوده‌اند. اما برای پرینتینگ ساختمان‌های بزرگ، به توسعه تکنولوژی‌های مناسب برای پرینتینگ در اندازه‌های بزرگ نیاز است. ساخت چنین دستگاه هایی با کارایی بالا و طول عمر مفید و استقامت در شرایط مختلف نیازمند تحقیق و تجربه فراوان است.

استاندارد ها و مقررات جدید ساختمان سازی:ایجاد استانداردها و مقررات مناسب برای ساختمان‌های پرینت شده سه بعدی یک چالش است، تا اطمینان حاصل شود که این ساختمان‌ها از نظر ایمنی و استحکام کارآیی دارند. ساختمان‌های پرینت شده سه بعدی باید پایداری و مقاومت کافی را در مقابل شرایط محیطی مختلف داشته باشند، که این نیازمند تحقیقات بیشتر است. بحثی که به زودی با گسترش این فناوری وارد کتب درسی دانشگاهی و مقالات آکادمیک خواهد شد.

از کمپانی هایی که در این زمینه در سطح جهانی فعالیت میکنند میتوان به ICON ،  Apis Cor ، Winsun  ، Cazza و SQ4D اشاره کرد.