کاربرد پرینت سه بعدی در معماری به‌عنوان یک فناوری نوین، تحولی چشمگیر در روند طراحی و ساخت ایجاد کرده است. این فناوری امکان تولید سریع و دقیق مدل‌های پیچیده را فراهم کرده و به ابزاری کلیدی در پروژه‌های معماری مدرن تبدیل شده است.
معماران امروزه با استفاده از پرینتر سه بعدی معماری و بهره‌گیری از خدمات پرینت سه بعدی، می‌توانند مدل‌های دقیق و حتی اجزای واقعی سازه‌ها را با سرعت و دقت بالا تولید کنند. در این مقاله به بررسی مزایا و کاربردهای آن در صنعت ساخت‌وساز می‌پردازیم.
کاربرد پرینت سه بعدی در معماری
موارد کاربرد پرینت سه بعدی در معماری بسیار گسترده است و با توجه به این که معماری انواع پروژه‌های مختلف را در برمی‌گیرد، از برنامه‌ریزی شهری گرفته، تا طراحی داخلی پرینت سه بعدی می‌تواند در فرآیند ساخت به طرق مختلفی مورد استفاده قرار بگیرد که در ادامه به برخی از مهم‌ترین آن‌ها پرداخته می‌شود.
از جمله کاربردهای پرینت سه بعدی در معماری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
به عنوان اولین کاربرد پرینت سه بعدی در معماری، می‌توان به تولید ماکت‌های دقیق و حرفه‌ای با صرفه‌جویی چشمگیر در زمان و هزینه اشاره کرد. معماران می‌توانند با استفاده از پرینتر سه بعدی معماری، طرح‌های اولیه خود را به سرعت به مدل‌های فیزیکی قابل لمس تبدیل کنند. این کار نه‌تنها به درک بهتر فضا و فرم کمک می‌کند، بلکه ارائه ایده‌ها به کارفرما یا داوران مسابقات معماری را بسیار حرفه‌ای‌تر می‌سازد.
برای مثال، شرکت معماری Laney LA در لس‌آنجلس از پرینتر سه بعدی معماری برای ساخت ماکت‌های دقیق از پروژه‌های مسکونی سفارشی خود استفاده می‌کند. این ماکت‌ها به آن‌ها کمک می‌کند تا فضاها و فرم‌ها را بهتر درک کرده و به مشتریان خود ارائه دهند.
در مراحل اولیه طراحی، معماران می‌توانند با استفاده از انواع خدمات پرینت سه بعدی، مفاهیم و ایده‌های خود را به‌صورت مدل‌های فیزیکی تولید کنند. این مدل‌ها به درک بهتر از فضا، فرم و مقیاس کمک کرده و فرآیند تصمیم‌گیری را تسهیل می‌کنند.
برای مثال، در پروژه‌های طراحی شهری، استفاده از مدل‌های فیزیکی سه‌بعدی به برنامه‌ریزان شهری کمک می‌کند تا طرح‌های خود را به‌صورت ملموس بررسی و به ذینفعان ارائه دهند.
پرینت سه بعدی امکان تولید قطعات با فرم‌های غیرمعمول، منحنی و پیچیده را فراهم می‌کند که ساخت آن‌ها با روش‌های سنتی دشوار یا غیرممکن است. این قابلیت به معماران اجازه می‌دهد تا طراحی‌های خلاقانه و منحصربه‌فردی را اجرا کنند.
کاربرد دیگر پرینت سه بعدی در معماری در پروژه‌های ساختمانی است. در این پروژه‌ها پرینت سه بعدی می‌تواند برای تولید قالب‌های خاص و سفارشی بتن‌ریزی استفاده شود. این قالب‌ها دقت ساخت را افزایش داده و امکان اجرای طرح‌های پیچیده را فراهم می‌کنند.
برای مثال، شرکت voxeljet با استفاده از پرینتر سه بعدی معماری، قالب‌هایی برای ریخته‌گری بتن تولید کرده است که در پروژه‌های مختلف معماری به کار رفته‌اند.
در برخی پروژه‌ها، بخش‌هایی از دیوار، سقف یا حتی خانه‌های کامل به کمک پرینتر سه بعدی معماری ساخته می‌شوند. این روش به‌ویژه در پروژه‌های کم‌هزینه یا سریع‌الاجرا کاربرد دارد و می‌تواند زمان ساخت را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد.
به‌عنوان نمونه، شرکت Starbucks اولین فروشگاه پرینت سه بعدی خود را در تگزاس افتتاح کرده است که با استفاده از بازوی رباتیک و لایه‌گذاری بتن ساخته شده است.
پرینت سه بعدی در طراحی داخلی برای تولید عناصر دکوراتیو، چراغ‌ها، پنل‌های دیواری یا حتی مبلمان با طرح‌های منحصربهفرد استفاده می‌شود. این فناوری امکان ایجاد اشکال پیچیده و سفارشی را فراهم می‌کند که با روش‌های سنتی قابل‌اجرا نیستند.
برای مثال، شرکت Aectual از پرینت سه بعدی برای تولید عناصر دکوراتیو سفارشی در پروژه‌های مختلف استفاده می‌کند.
نمونه دیگر کاربرد پرینت سه بعدی در معماری، در پروژه‌های شهری قابل مشاهده است. در این پروژه ها از پرینت سه بعدی برای ساخت مدل‌های فیزیکی مناطق شهری، فضاهای عمومی یا سایت‌پلان‌های بزرگ استفاده می‌شود. این مدل‌ها به برنامه‌ریزان شهری و معماران کمک می‌کنند تا طرح‌های خود را به‌صورت ملموس بررسی و به ذینفعان ارائه دهند.
برای مثال، شرکت Blueprint Models از پرینت سه بعدی برای تولید مدل‌های فیزیکی مناطق شهری و فضاهای عمومی استفاده می‌کند.
مزایای به کارگیری پرینت سه بعدی در معماری و ساخت و ساز
فناوری پرینت سه بعدی در معماری تحولی چشمگیر در فرآیند طراحی و ساخت به وجود آورده است. برخلاف روش‌های سنتی که به نقشه‌های دوبعدی و سرهم‌بندی دستی نیاز دارند، پرینت سه بعدی امکان تولید مستقیم از مدل‌های سه بعدی را فراهم می‌کند.
این روش با کاهش زمان طراحی، دقت در تولید، و افزایش کیفیت سازه‌ها، به‌ویژه در پروژه‌های پیچیده، مزایای زیادی به همراه دارد. همچنین، سازه‌های پرینت‌شده از یکپارچگی ساختاری بهتری برخوردار بوده و عیب‌های کمتری دارند.
در ادامه با بررسی دقیق‌تر، به مزایای بیشتر پرینت سه بعدی در معماری و صنعت ساخت‌وساز خواهیم پرداخت:
پرینت سه بعدی در ساخت‌وساز با کاهش چشمگیر زمان تولید، انقلابی در این صنعت ایجاد کرده است. برخی از دستگاه‌های پرینتر سه‌بعدی می‌توانند خانه‌های 55 تا 75 متر مربعی را تنها در 24 ساعت بسازند. این فناوری به‌طور کامل خودکار است و امکان تولید دقیق و بدون خطای انسانی را فراهم می‌کند.
علاوه بر این، نیازی به ابزارسازی اضافی نیست، زیرا تمامی دستورات از طریق برنامه‌ریزی به دستگاه داده می‌شود و تولید به صورت خودکار انجام می‌گیرد.
یکی از بزرگ‌ترین مزایای پرینت سه‌بعدی در ساخت‌وساز، کاهش اتلاف مواد و صرفه‌جویی در هزینه‌هاست. این فناوری مانند بازوهای رباتیک، مواد را به‌دقت و به اندازه نیاز مصرف می‌کند و سازه‌ها را لایه‌لایه با ساختار شبکه‌ای می‌سازد. علاوه بر کاهش هزینه‌ها، امکان استفاده از مواد بازیافتی نیز وجود دارد. همچنین، با بهینه‌سازی توپولوژی و طراحی‌های هوشمند، مصرف مواد به حداقل می‌رسد، بدون اینکه عملکرد سازه دچار افت شود.
این ویژگی‌ها نه تنها به صرفه‌جویی کمک می‌کنند، بلکه باعث کاهش اثرات منفی بر محیط‌زیست در مقایسه با روش‌های سنتی ساخت‌وساز می‌شوند.
در ساخت افزایشی، مصرف مواد به حداقل می‌رسد و نیروی انسانی کمتری در محل نیاز است. پرینت سه‌بعدی نه‌تنها فرآیندی سریع‌تر است، بلکه هزینه‌های ساخت را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. در این روش، مواد دقیقاً به اندازه نیاز مصرف می‌شوند، که نه‌تنها هزینه‌ها را کاهش می‌دهد بلکه روشی دوستدار محیط‌زیست محسوب می‌شود. همچنین، پرینترهای سه‌بعدی هزینه‌های تامین و نیروی کار را کم کرده و با سرعت بالاتر در مقایسه با نیروی انسانی کار می‌کنند. این مزایا به صرفه‌جویی در زمان و هزینه منجر می‌شود و باعث افزایش بهره‌وری می‌شود.
بی‌شک بزرگ‌ترین مزیت استفاده از پرینت سه بعدی در معماری، همین آزادی عمل در طراحی است.
اکنون می‌توان اشکالی را طراحی و حتی تولید کرد که تصورشان هم در گذشته دشوار بود. بسیاری از شرکت‌ها به مطالعه و توسعه طراحی‌های نوآورانه در این زمینه پرداخته‌اند.
در بین افراد گاهی اختلاف نظر به وجود می‌آید که آیا ساخت افزایشی به راستی یک روش دوستدار محیط زیست است و آیا این امر در مقایسه با روش‌های دیگر تولید بیشتر برای آن صدق می‌کند، یا اینکه چنین نیست. با این حال، اگر برخی از مواد پرینت سه بعدی به اصطلاح «سبز» نباشند، پرینت سه بعدی می‌تواند از جنبه‌های مختلفی نشان بدهد که از بیشتر روش‌های ساخت و ساز متداول، پایدارتر است.
با پرینت سه بعدی امکان تولید بر حسب تقاضا و تولید غیرمتمرکز به وجود می‌آید که در این صورت نیاز به انبار موجودی و حمل و نقل بین‌قاره‌ای از بین می‌رود و در نتیجه، ردپای کربن تا جای ممکن کاهش می‌یابد.
تکنولوژی های مختلف پرینت سه بعدی مورد استفاده در معماری و ساخت و ساز
برای شروع صحبت در مورد کاربردهای پرینت سه بعدی در معماری، ابتدا باید به فناوری های موجود در این زمینه نگاه کنیم. در حال حاضر، ما چند گزینه برای استفاده از چاپ سه بعدی در صنعت ساختمان و معماری داریم:
1-اکسترودر بازوی رباتیک
2-چاپ سه بعدی شن و ماسه
3- تکنولوژی فلزی
در ادامه به طور مختصر با هر یک از این تکنولوژی های پرینت سه بعدی در معماری بیشتر آشنا میشویم:
1-اکسترودر بازوی رباتیک
یکی از فناوری های مورد استفاده در صنعت معماری برای چاپ سه بعدی، استفاده از اکسترودر بازوی رباتیک است. این فناوری را کانتور کرافت می‌نامند که…
نحوه کار آن تقریباً شبیه نحوه کار پرینت سه بعدی FDM است. در این فناوری ریل ها طوری چیده شده اند که به بازوی رباتیک اجازه حرکت می دهند و در محدوده ریل ها، بازو با بیرون کشیدن مواد بتنی از نازل، خانه را لایه به لایه می سازد. این روش محبوب ترین فناوری چاپ سه بعدی در صنعت معماری است که برای ساخت سازه های بزرگ استفاده می شود.
2-چاپ سه بعدی شن و ماسه
این تکنیک سه بعدی مشابه پرینت سه بعدی صنعتی مانند پرینت سه بعدی SLS یا فناوری چاپ سه بعدی Jet Fusion است. پیشگامی که…
آن را آزمایش کرد، معمار ایتالیایی انریکو دینی بود که چاپگر سه بعدی D-Shape خود را ساخت. در این روش دستگاه لایه ای از پودر ماسه را پخش کرده و سپس شکل ساختار را با چسب سخت می‌کند.
3-تکنولوژی چاپ سه بعدی فلزی
آخرین تکنولوژی پرینت سه بعدی که در ساخت و ساز استفاده می‌شود، تکنولوژی پرینت سه بعدی فلزی است که بیشتر برای ساخت سازه‌هایی مانند..
پل‌ها که باید فشار بیشتری را تحمل کنند، کاربرد دارد.شرکت هلندی MX3D با توسعه روش WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) امکان پرینت سه‌بعدی فلزات را با استفاده از یک ربات 6 محوره فراهم کرده است. این ربات که با همکاری Air Liquide و ArcelorMittal ساخته شده، از یک نازل جوشکاری برای ساخت لایه‌به‌لایه سازه‌های فلزی استفاده می‌کند. این فناوری با فلزاتی مانند فولاد ضد زنگ، برنز، پودر آلومینیوم و اینکونل نیز سازگار است و کاربرد آن در پروژه‌های بزرگ معماری و ساخت‌وساز به‌طور چشمگیری افزایش یافته است.
رویاهای معماری تو، با ما واقعی میشن!
اسکن سه بعدی در معماری
شاید با دیدن تیتر این بخش، این سوال برایتان پیش آمده باشد که اسکن سه بعدی چیست؟ اسکن سه بعدی فرآیندی است که در آن با استفاده از لیزر یا سایر فناوری‌های پیشرفته، ابعاد و جزئیات دقیق اشیای فیزیکی به‌صورت دیجیتال ثبت و مدل‌سازی می‌شود. این فناوری به‌ویژه در معماری برای اندازه‌گیری سازه‌ها و محیط‌های پیچیده به‌کار می‌رود.
استفاده از فناوری اسکن سه بعدی در معماری به طور چشمگیری دقت و کارایی پروژه‌های ساخت و ساز و مرمت را افزایش داده است. این فناوری به شهرسازان، معماران و مهندسان این امکان را می‌دهد که با دقت بالا ابعاد و جزئیات سازه‌ها و محیط‌های مختلف را اندازه‌گیری کنند و از بروز اشتباهات در مراحل بعدی جلوگیری کنند.
در روش‌های سنتی، اندازه‌گیری‌های دقیق و سریع برای پروژه‌های معماری یک چالش بزرگ به حساب می‌آمد. هرگونه خطا در برآورد ابعاد می‌توانست هزینه‌های گزافی را به پروژه تحمیل کند و حتی باعث توقف کار شود. اما با ظهور اسکن سه بعدی، این مشکلات تا حد زیادی رفع شده است.
مزایای اسکن سه بعدی در معماری
اسکنرهای سه بعدی با استفاده از لیزر یا سایر فناوری‌های پیشرفته می‌توانند با دقتی بی‌نظیر ابعاد سازه‌ها و اشیای فیزیکی را ثبت کنند. این دقت به اندازه‌ای است که حتی جزئیات کوچک، مانند ضخامت یک تار مو، نیز قابل تشخیص هستند. این ویژگی در پروژه‌هایی که نیاز به دقت بسیار بالا دارند، مانند مرمت بناهای تاریخی یا طراحی سازه‌های پیچیده، بسیار ارزشمند است.
یکی از مزایای بزرگ اسکن سه بعدی نسبت به روش‌های سنتی، سرعت بالای آن در جمع‌آوری اطلاعات است. به عنوان مثال، در پروژه بازسازی ایستگاه مرکزی میشیگان توسط شرکت فورد، از اسکنر سه بعدی لیزری Creaform استفاده شد تا مدل‌های دقیقی از اجزای سازه‌ای ایستگاه ساخته شود. این اسکنرها توانستند در مدت کوتاهی اطلاعات بسیار دقیقی از ساختار ایستگاه جمع‌آوری کنند، که این سرعت بالا به روند بازسازی و تعمیر کمک شایانی کرد.
اسکنرهای سه بعدی به ویژه در پروژه‌های پیچیده با سطوح نامتقارن و هندسه‌های غیرقابل پیش‌بینی، نقش کلیدی ایفا می‌کنند. این فناوری به معماران کمک می‌کند تا مدل‌های دقیق و جامعی از سازه‌ها و بناها بسازند، که در نتیجه امکان مدیریت بهتر پروژه‌های بزرگ و پیچیده فراهم می‌شود.
استفاده از اسکن سه بعدی نه تنها زمان صرف شده برای اندازه‌گیری‌ها را به شدت کاهش می‌دهد، بلکه با افزایش دقت از بروز اشتباهات پرهزینه در مراحل بعدی ساخت جلوگیری می‌کند. این صرفه‌جویی در زمان و هزینه یکی از بزرگ‌ترین مزایای این فناوری به شمار می‌آید.
مواد مورد نیاز در پرینت سه بعدی معماری
مواد مورد نیاز در پرینت سه‌بعدی معماری متنوع هستند و بسته به نوع پروژه و نیازهای خاص، انتخاب می‌شوند. اولین و رایج‌ترین ماده بتن است که چه در روش‌های سنتی و چه در تکنولوژی‌های افزایشی، جایگاه مهمی دارد.
شرکت‌های عمرانی اغلب بتن را با فرمول‌های خاص تقویت و اصلاح می‌کنند تا بهترین عملکرد را در پروژه‌های مختلف به دست آورند. سرامیک، به عنوان دومین ماده پرکاربرد، نیز جایگاه ویژه‌ای در معماری دارد.
پلاستیک و چوب نیز در رتبه‌های بعدی قرار دارند و برای ساخت مدل‌ها و سازه‌های جزئی‌تر استفاده می‌شوند.
معرفی چند پرینتر سه بعدی معماری
با گسترش کاربرد پرینت سه بعدی در معماری نوین، پرینترهای سه‌بعدی با فناوری‌های مختلف (مانند گانتی، جرثقیل، بازوی رباتیک و سامانه‌های قابل حمل) به معماران این امکان را می‌دهند که از مرحله طراحی مفهومی تا اجرای سازه‌های کامل را با دقت و سرعت بالا انجام دهند. هر یک از این دستگاه‌ها بسته به اندازه، نوع ماده مورد استفاده و قابلیت‌های حرکتی، برای کاربرد خاصی در صنعت ساخت‌وساز به‌کار می‌روند
در ادامه به معرفی چند پرینتر سه بعدی معماری خواهیم پرداخت:
پرچمدار گانتی‌استایل؛ BOD2 بزرگ‌ترین و سریع‌ترین دستگاه ساخت اجزای بتنی است که می‌تواند لایه‌هایی به ارتفاع ۴۰ میلی‌متر و عرض ۱۰۰ میلی‌متر را با سرعت تا ۱۰۰۰ میلی‌متر بر ثانیه چاپ کند. این سیستم مدولار است و می‌توان آن را بسته به ابعاد پروژه گسترش داد.
جرثقیل‌محور با انعطاف‌پذیری بالا؛ Crane Wasp از شاسی فولادی قابل تنظیم بهره می‌برد و می‌تواند تا مساحت ۱۰۰ متر مربع را پوشش دهد. این دستگاه برای کارگاه‌های بزرگ و پروژه‌های منظر شهری ایده‌آل است.
گانتی‌استایل آمریکایی؛ Vulcan توسط ICON توسعه یافته و می‌تواند سازه‌هایی تا ۲۸۰ متر مربع را با ملات ویژه “Lavacrete” چاپ کند. این پرینتر آب‌وهوای متنوع را تحمل می‌کند و برای مسکن مقرون‌به‌صرفه و پروژه‌های اضطراری طراحی شده است.
سیستم قابل حمل برای چاپ در محل؛ این دستگاه که توسط Apis Cor عرضه می‌شود، قادر است یک خانه کوچک را ظرف ۲۴ ساعت چاپ کند و ابعاد ساخت آن تا ۸.۵×۱.۶×۱.۵ متر می‌رسد. کارکرد موبایل آن، امکان استفاده در مناطق دورافتاده و شرایط دشوار را فراهم می‌کند.
گانتی/رباتیک ترکیبی؛ CyBe GR برای چاپ ماژول‌های بتنی چندتکه طراحی شده و کیفیت و دقت بسیار بالایی ارائه می‌دهد. این دستگاه معمولا در کارخانه‌های پیش‌ساخت اجزا استفاده می‌شود.
جرثقیل/بازوی رباتیک؛ MaxiPrinter با بازوی جرثقیل‌مانند و سیستم متحرک، در حمل‌ونقل و راه‌اندازی بسیار ساده است و برای چاپ سریع اجزای بزرگ کاربرد دارد.
بتن توخالی؛ فناوری منحصربهفرد ROSO، بتن را تنها در مناطق نیازمند تقویت قرار می‌دهد که منجر به کاهش مصرف مواد و وزن سازه می‌شود.
اولین پرینتر چندطبقه در نیمکره جنوبی؛ Platypus X12 با جرثقیل تلسکوپی و کنترل هوش مصنوعی، توانایی چاپ سازه‌های تا چندین طبقه را دارد.
Contour Crafting با استفاده از بازوی گانتی و نازل اکسترودر، لایه‌های بتن را دقیقاً روی هم قرار می‌دهد؛ این فناوری از دهه ۲۰۰۰ در حال توسعه است و توسط دانشگاه کالیفرنیا اختراع شده است. Contour Crafting برای ساخت زیرساخت‌ها، دیواره‌ها و سازه‌های بزرگ با سرعت بالا مناسب است.
شرکت XtreeE دستگاه‌های چندسری و چندجنسه طراحی کرده که امکان استفاده از ملات‌های مختلف و چاپ هندسه‌های پیچیده را فراهم می‌کند. این پرینترها در پروژه‌های تحقیقاتی و صنعتی برای تحقق طرح‌های نوآورانه در معماری به‌کار رفته‌اند.
شرکت XtreeE دستگاه‌های چندسری و چندجنسه طراحی کرده که امکان استفاده از ملات‌های مختلف و چاپ هندسه‌های پیچیده را فراهم می‌کند. این پرینترها در پروژه‌های تحقیقاتی و صنعتی برای تحقق طرح‌های نوآورانه در معماری به‌کار رفته‌اند.
سوالات متداول
تلاش‌هایی که در بخش معماری برای گسترش کاربردهای پرینت سه بعدی صورت می‌گیرد، نشان می‌دهد که معماران حتی برای کارهای روزانه خود نیز از این فناوری استفاده می‌کنند. ساخت افزایشی به معماران و مدل‌سازان کمک می‌کند بتوانند روش تولید مدل‌های خود را تغییر دهند. تبدیل مستقیم یک فایل CAD معمولی به یک مدل سه بعدی فیزیکی، فرآیند مدل‌سازی را سرعت می‌بخشد.
پرینت سه بعدی روش بسیار خوبی برای ساخت مدل‌های معماری است، که با دقت فوق‌العاده و صرف زمان مناسب همراه است.
معماران روز به روز بیشتر از پرینت سه بعدی استفاده می‌کنند؛ آن‌ها برای توسعه مدل‌های خود که شامل سازه‌ها و مفاهیم مربوط به ساختمان می‌شوند از این فناوری بهره می‌گیرند. در حقیقت معماران با این روش در زمان و پول خود صرفه‌جویی می‌کنند، نسخه‌سازی برایشان راحت‌تر است و همچنین، تصور بهتری به مشتری خود ارائه می‌دهند.
اگر زمانی فرا برسد که پرینت سه بعدی ساختمان به حد کافی توسعه یابد و متداول شود، می‌تواند روش جالب و کارآمدی باشد که هزینه‌های مربوط به نیروی کار و همینطور ضایعات تولید را کاهش می‌دهد.