جنس ساختمان پرینت سه بعدی

ساخت و ساز چاپ سه بعدی در حال رشد است، اما مواد از ساختمانی به ساختمانی دیگر متفاوت است. درباره مواد خانه با چاپ سه بعدی بیشتر بدانید.

در چند سال گذشته تقریباً روزانه اخباری در مورد خانه‌های پرینت سه بعدی و ساخت و ساز منتشر شده است، اما این خانه‌ها واقعاً از چه ساخته شده‌اند؟

حتی اگر ترکیبات یا مقادیر خاص ممکن است دانش عمومی نباشد، فهرست کلی از موادی که با موفقیت در پروژه‌هایی مانند WASP’s gaia، خانه فیبوناچی، خانه کانال در آمستردام و سایر پروژه‌های مسکن چاپ سه‌بعدی استفاده شده‌اند، در دسترس است. این نه تنها نمایانگر چگونگی ادغام فناوری‌های سنتی و در حال توسعه است، بلکه نگاهی اجمالی به آنچه در آینده امکان‌پذیر خواهد بود، ارائه می‌دهد.

در این مقاله، نگاهی خواهیم داشت به موادی که در ساخت پرینت سه بعدی استفاده می‌شوند، چه برای نمونه‌های اولیه، چه برای پروژه‌هایی که در حال توسعه هستند یا برای سازه‌هایی که قبلاً در حال استفاده هستند.

بتن

ممکن است واژه بتن سردرگمی ایجاد کند، زیرا گاهی اوقات این اصطلاح به جای سیمان استفاده می شود. سیمان در واقع یکی از مواد تشکیل دهنده بتن به همراه آب و ماسه، شن یا سنگ خرد شده است.

اکثر پروژه‌های مسکن پرینت سه بعدی که در مورد آنها شنیده‌اید، از مصالح بتن مانند استفاده می‌کنند، اما نه لزوماً بتن. همانطور که گفته شد، این بدان معناست که آنها از مخلوطی از سیمان، ماسه (یا سنگ خرد شده یا شن)، الیاف و گاهی اوقات مواد دیگر استفاده می کنند.

رایج‌ترین مخلوط‌های بتن از سیمان پرتلند (نه یک نام تجاری، بلکه نوعی سیمان عمومی که بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد) به عنوان عنصر اصلی استفاده می‌کنند و پروژه‌هایی مانند اولین خانه چاپ سه‌بعدی در هند از Tvasta بر اساس آن ترکیب بتن خود را انجام می‌دهند. همانطور که در IIT Tech Ambit در سال 2021 گزارش شده است.

با توجه به چالش‌هایی که بتن (یا مخلوط سنتی‌تر مبتنی بر بتن) نشان می‌دهد، سایر شرکت‌ها ترجیح داده‌اند مواد بتن اختصاصی خود را توسعه دهند و از آن استفاده کنند.

بتن اختصاصی

همانطور که توضیح داده شد، بتن مخلوطی از سیمان (اغلب سیمان پرتلند)، ماسه و مواد دیگر است. اما بتن اختصاصی چیست؟ درک این تمایز مهمی است، زیرا بسیاری از شرکت‌هایی که در خانه‌های پرینت سه بعدی (یا در حال توسعه این فناوری هستند) مخلوط‌های بتن ویژه خود را ارائه کرده‌اند و آنها را با سازگاری با کاربری بسته به ماشین‌های خود معرفی می‌کنند.

از آنجایی که بتن سنتی برای پرینت سه بعدی مناسب نیست، زیرا نازل چاپگر را مسدود می کند و به خوبی به لایه های قبلی نمی چسبد، بتن های ویژه برای جلوگیری از این مشکلات ایجاد می شود.

این شرکت‌ها به جای سیمان پرتلند، یک یا چند افزودنی خاص دارند که لزوماً مشخص نشده‌اند، که باعث می شود این ترکیب ها قابل استفاده شوند. در حالی که مزایای این بتن های اختصاصی هنوز در طولانی مدت در دوام خانه ها ثابت نشده است، آنها چاپ سه بعدی بتن را با مدل استاندارد اکسترودر، چه با استفاده از یک دروازه ای یا دستگاه مستقل، بسیار آسان تر می کنند.

چند مثال

Apis Cor قادر به چاپ سه بعدی اولین پروژه دو طبقه در دبی (بزرگترین پروژه جهان در زمان حال) با استفاده از بتن، گچ و مواد خاص ساخته شده خود شرکت، شده است. آنها هیچ یک از مواد را برای فروش برای استفاده در خارج از چاپگر خود ارائه نمی دهند یا جزئیات بیشتری در مورد مواد تشکیل دهنده ارائه نمی دهند.

پروژه Icon’s House Zero در آستین، که در طول South by Southwest SXSW رخ داد، توجه بسیاری از رسانه ها را به خود جلب کرد، با استفاده از یک مواد اختصاصی مبتنی بر سیمان، Lavacrete، عایق و فولاد برای تقویت مواد، چاپ شد. این مواد ویژه به عنوان پایه ای برای بقیه پروژه های جاه طلبانه آنها در تگزاس عمل خواهد کرد.

Winsun یکی از اولین شرکت هایی بود که با موفقیت ساختمان های پرینت سه بعدی را در کارخانه چینی خود قبل از ارسال آنها به خارج از کشور به مکان هایی مانند دبی انجام داد. این ساختمان ها همگی با استفاده از بتن مسلح اختصاصی خود ساخته شده اند که همچنان در پروژه های آتی از آن استفاده می کنند.

هنگامی که SQ4D از اولین خانه چاپ سه بعدی فهرست شده تجاری برای فروش رونمایی کرد، آنها مستقیماً بتن SQ4D را با بتن استاندارد مقایسه کردند تا تفاوت مزایا را نشان دهند، بدون اینکه مشخص کنند چه چیزی بتن آنها را متفاوت می کند یا مواد تشکیل دهنده مخلوط را نشان می دهد.

Dfab

یکی دیگر از ترکیبات اختصاصی بتن، DFab سزاوار توضیح جداگانه است. برخلاف بتن با کاربرد بسته در بالا، COBOD و Cemex برای ایجاد این مخلوط به عنوان یک مخلوط بتن کاملا سازگار که به طور خاص برای ساخت و ساز چاپ سه بعدی فرموله شده است، شریک شدند. این چاپگر با چاپگر BOD2 خود COBOD کار می‌کند و در حال حاضر توسط آنها برای چاپ خانه‌ها در عمان استفاده می‌شود، اما هدف آن‌ها سازگاری جهانی بین برندهای چاپگرهای سیمانی است.

99% از مواد تشکیل دهنده این مخلوط ویژه را می توان به صورت محلی توسط سازندگان تهیه کرد، اما ترکیب جادویی COBOD به عنوان ماده افزودنی نهایی برای عملکرد صحیح مخلوط DFab مورد نیاز است.

ملات

ملات بیشتر به عنوان ماده بین لایه‌های آجر شناخته می‌شود، اما با توجه به اینکه آجرها جایی در ساخت‌وسازهای پرینت سه بعدی پیدا نمی‌کنند، ملات شانس خود را در کانون توجه ساختمان خانه پیدا می‌کند.

ملات به طور سنتی از مخلوطی مشابه بتن ساخته می شود، اما آهک را به عنوان یک عنصر کلیدی اضافه می کند، و به اندازه بتن بادوام نیست، به همین دلیل است که در عوض به عنوان یک عامل اتصال بین لایه ها استفاده می شود. با این حال، با پرینترهای سه بعدی، ملات های اختصاصی نسبت به بتن سنتی چکش خوارتر هستند، که یک مزیت برای فرآیند اکستروژن است که منجر به گرفتگی نازل یا خطای کمتری بین لایه ها می شود.

یکی از معروف‌ترین خانه‌های چاپ سه‌بعدی، خانه فیبوناچی، از ملات برای ساخت دیوارهای خود استفاده کرده است. پروژه های دیگر از Peri و Printed Farms 3D عمدتاً با استفاده از ملات در پروژه های مسکونی اخیراً تکمیل شده استفاده می کنند. در بیشتر موارد، ملات از شرکت هایی مانند Laticrete می آید که آن را به طور خاص برای چاپگرهای سه بعدی و اکسترودرهای آنها فرموله می کنند.

پلاستیک

آیا می توانیم لیستی از مواد پرینت سه بعدی بدون ذکر پلاستیک داشته باشیم؟ سازندگان چالش مسکن چنین فکر نمی‌کنند، زیرا یکی از اولین خانه‌هایی که به صورت سه بعدی چاپ شده از پلاستیک ساخته شده است. ما به کابین شهری با چاپ سه بعدی در آمستردام اشاره می کنیم که در سال 2015 چاپ شده است.

در حالی که برخی ممکن است در استفاده از پلاستیک در مقایسه با سایر مواد محکم تر یا پایدار تر تردید کنند، این پروژه مفتخر بود که از پلاستیک های زیستی و بطری های آب خرد شده بازیافتی برای سازگاری با محیط زیست استفاده کند. آنها همچنین اعلام کردند که وقتی دیگر از خانه استفاده نمی شود، کل خانه بازیافت می شود. نمی‌توانیم آخرین باری را به یاد بیاوریم که سازنده یک خانه سنتی به 100% قابل بازیافت بودن آن افتخار می‌کرد.

مواد طبیعی محلی

مواد کمی وجود دارند که می توانند جایگزینی سازگار با محیط زیست باشند، نه تنها از نظر نحوه تهیه، بلکه از نظر حمل و نقل.

گل و لای

گاهی اوقات، فناوری های جدید برای دستیابی به موفقیت نیاز دارند تا الگوی خود را در گذشته های دور بیابند. انسان ها هزاران سال است که از گل و سایر مواد طبیعی زمین برای ساختن خانه های خود استفاده می کنند. وقتی صحبت از ساخت و ساز پایدار می شود، ساخت خانه های گلی یکی از سازگارترین مفاهیم با محیط زیست است، زیرا گل نیازی به حمل و نقل به محل ساخت و ساز ندارد.

شرکت چاپ سه بعدی ایتالیایی WASP توانست در سال 2020 خانه هایی را با استفاده از گل در شمال ایتالیا با موفقیت بسازد. این پروژه با معمار ایتالیایی ماریو کوسینلا همکاری کرد. و طبیعتاً سر و صدای زیادی ایجاد کرد. در حالی که چاپگر WASP ممکن است از فناوری بالایی برخوردار باشد، می توان آن را به هر نقطه از جهان حمل کرد و با استفاده از زمین محلی به عنوان مواد چاپی آن، با موفقیت کار کرد.

ما ممکن است این خانه ها را در منهتن یا لندن نبینیم، اما هدف WASP برای حمله به تغییرات آب و هوا و کاهش انتشار، فرصت های زیادی در جوامع روستایی و در حال توسعه خواهد داشت.

ضایعات برنج

ماده دیگری که به لطف کار شرکت چاپ سه بعدی ایتالیایی WASP موفقیت آمیز تلقی می شود، ضایعات برنج 65 درصد از مواد مورد استفاده برای چاپ خانه گایا را تشکیل می دهد. 25% دیگر از خاک محلی (مانند گل و لای ذکر شده در بالا) تشکیل شده بود و سپس ضایعات برنج از کاه خرد شده از برنج و پوسته برنج تشکیل می شد که در غیر این صورت دور ریخته می شد.

آنها اخیراً این فرآیند را برای همکاری با دیور برای چاپ دو فروشگاه پاپ آپ در دبی، با استفاده از مخلوطی مشابه از الیاف خام (ضایعات برنج)، خاک رس، خاک و شن تکرار کردند.

WASP توانست ضایعات را به یک ساختمان قابل سکونت تبدیل کند و در این فرآیند خانه ای بدون تاثیر محیطی ایجاد کند. بسیاری از شرکت‌های چاپ سه‌بعدی پایداری و مزایای این فناوری را موعظه می‌کنند، اما WASP در میان شرکت‌هایی است که با نتایج واقعی پیشرو است.

شن

سیمان یک مصالح ساختمانی محبوب است، اما برخی از مواد تشکیل دهنده آن محبوبیت بیشتری پیدا می کنند. اولین چنین ماده ای ماسه است.

D-Shape یکی از اولین نمونه های برجسته ای بود که در سال 2010 از شن و ماسه در ساخت و ساز خانه استفاده کرد و این کار را با اکسترود کردن لایه ای از ماسه در دماها و سرعت های بالا انجام داد و سپس آن را با ماده ای اسپری کرد که قبل از اینکه ماسه را سفت و جامد کرد. لایه بعدی گذاشته شد

از آنجایی که فرآیند پرینت سه بعدی شبیه به فرآیندی است که با یک دستگاه سرگرمی در خانه انجام می شود، اما با یک مرحله اضافی برای چسباندن شن، هیچ ترسی در مورد دمیدن یا شسته شدن ساختار وجود ندارد.

در حالی که هنوز راهی وجود دارد تا چاپگرهای ساختمانی برای کار با شن و ماسه مجهز شوند، این ماده در حال حاضر برای قالب های صنعتی چاپ سه بعدی استفاده می شود و به احتمال زیاد در آینده دسترسی وسیع تری خواهد داشت.

فلز

 اگرچه یک پروژه مسکونی تکمیل شده با استفاده از فلز وجود ندارد، اما در زمان نچندان دور ممکن ساخته خواهد شد. پرینت سه بعدی فلزی در چند سال گذشته به طرز باورنکردنی پیشرفت کرده است و شرکت هایی مانند MX3D می خواهند این فناوری را به ساخت و ساز و معماری بیاورند. آنها در حال حاضر در تولید پل های فلزی و اجزای کلیدی ساختمان های تجاری با فلز چاپ سه بعدی موفق بوده اند.

به نظر می رسد که فولاد انتخابی فلزی آنها باشد، اما چاپ سه بعدی اکنون طیف گسترده ای از فلزات را ارائه می دهد و آنها مایلند هر چیزی را که می تواند کار را انجام دهد آزمایش کنند. دلیل کمی وجود دارد که شک کنیم این به زودی واقعیت خواهد داشت.

مواد دیگر

ما مواد مختلفی را در این لیست پوشش داده‌ایم، اما این تنها آغاز چیزی است که آینده برای ساخت و ساز در نظر گرفته است.

بلک بوفالو مخلوط‌های خشک آزمایشی را رونمایی کرده است که می‌توان از آنها برای چاپ انواع مواد جدید با هدف محکم و قابل اعتماد بودن آنها برای ساخت خانه استفاده کرد. ما هنوز مزایا و معایب آنها را در هنگام استفاده نخواهیم دید، اما Black Buffalo ادعا می کند که آنها تحت آزمایش های داخلی، شریک و آزمایش های خارجی گسترده ای قرار گرفته اند تا از الزامات سنتی برای ساختن فراتر رود.

این مواد شامل خاک رس، چوب، کنف، پوسته صدف (که در حال حاضر یک مصالح ساختمانی رایج به عنوان عنصر اصلی بتن تیغی هستند) و خاک رس رنگی است. ما ممکن است در آستانه یک انقلاب در ساخت و ساز باشیم.

سنگ

در حالی که سنگ خرد شده می تواند جزء برخی از بتن های ذکر شده در بالا باشد، به خودی خود ماده ای بسیار گران تر و بادوام است که به دلیل سطح صاف خود شناخته شده است. سنگ یا مواد مشابه سنگ در برخی از پروژه‌های بلندپروازانه مسکن از شرکت‌هایی مانند Mighty Buildings و Concr3de استفاده شده است.

شایان ذکر است که سنگ نیز مانند بتن، شاهد نسخه‌های اختصاصی مختلفی است که برای آسان‌تر کردن پرینت سه بعدی با آن ساخته شده‌اند. دو نمونه عبارتند از سنگ جادویی دیوانه Winsun (که آنها به عنوان سنگ مصنوعی توصیف می کنند) و ماده ای که Mighty Buildings برای دیوارهای از پیش ساخته شده خود استفاده می کند، Light Stone که به یک کامپوزیت سنگ مانند تبدیل می شود.

با توسعه فناوری‌ها و نیاز به ایجاد مسکن پایدار و قابل دسترس، مهم است که از آنچه شرکت‌ها روی آن کار می‌کنند مطلع بمانیم و تصور کنیم که آینده چه چیزی در انتظارش است.

خاک قمری

پیشرفت‌های اخیر در اکتشاف فضا منجر به آزمایش چندین شرکت با استفاده از خاک محلی در ماه و سیارات دیگر شده است.

با هدف گسترش قابلیت های ساخت و ساز در سیارات مختلف، پروژه ای در آینده به Icon واگذار شده است. ظاهری از خاک ماه با فناوری های مختلف با هدف توسعه «عناصر اولیه برای یک سیستم ساخت و ساز افزودنی در مقیاس کامل» آزمایش خواهد شد. در صورت موفقیت این پروژه، Icon می تواند امکان آزمایش بر روی سطح ماه را داشته باشد و توسعه فناوری های ساخت و ساز پرینت سه بعدی را بیش از پیش افزایش دهد.

در همان منطقه همچنین LINA وجود دارد، یک ساختار پرینت سه بعدی که توسط AI SpaceFactory و مرکز فضایی کندی ناسا فاش شده است. این طرح که به عنوان یک پاسگاه ماه برای پشتیبانی از فضانوردان برنامه ریزی شده است، چاپ سه بعدی آن با پلیمرهای منشأ زمین و سنگ سنگی قمری است که می تواند ساختمان را از مسائل خاص ماه مانند تشعشع، نوسانات حرارتی و فعالیت های لرزه ای محافظت کند. با این حال، بر خلاف چاپ سه بعدی سنتی، به دلیل سقف طاق دار طرح، LINA با زاویه 60 درجه به صورت موازی با زمین (یا صفحه ساخت) چاپ می شود.

در حالی که فناوری‌ها برای تشویق استفاده از انواع مواد در زمین (و فراتر از آن) به تطبیق خود ادامه می‌دهند، واضح است که مرزها در حال کاهش هستند تا گزینه‌های بیشتری را فراهم کنند.

ترجمه و جمع آوری : واحد خدمات و تحقیق و توسعه پرینتر های سه بعدی ثمین samin3d