معماری فرآیند روند برنامه‌ریزی، طراحی و ساخت یک سازه فیزیکی و همینطور محصول آن است. بخش معماری طراحی و ساخت و ساز در چند سال گذشته به امتحان فناوری‌های پرینت سه بعدی پرداخته است. برای مثال در سال ۲۰۱۵، بزرگ‌ترین غرفه مربوط به پرینت سه بعدی در معماری به مناسبت هفته طراحی بیجینگ افتتاح شد. اکنون سازه‌هایی که با ساخت افزایشی بنا شده‌اند دیگر آنچنان مایه شگفتی نیستند. این روزها بسیاری از استودیوهای طراحی و ساخت نوین برای ساخت مدل‌های سه بعدی پروژه‌های خود از راه‌حل‌های پرینت سه بعدی رومیزی استفاده می‌کنند و این موضوع به امری رایج تبدیل شده است. به علاوه، تعداد روزافزونی از شرکت‌های دنیا سعی دارند ساخت افزایشی را در فرآیند تولید خود بگنجانند.
حال پرسشی مطرح می‌شود که پرینت سه بعدی دقیقا چه مزایایی برای شرکت‌های طراحی و معماری به همراه خواهد داشت؟ و کاربردهای پرینت سه بعدی در معماری چیست؟ ما تصمیم گرفتیم نگاه دقیق‌تری به این مسئله داشته باشیم تا سر دربیاوریم چرا کارخانه‌ها پرینت سه بعدی را در کنار کار خود انتخاب می‌کنند و چگونه با موفقیت از عهده آن برمی‌آیند.
تکنولوژی های مختلف پرینت سه بعدی مورد استفاده در معماری و ساخت و ساز
برای شروع صحبت در مورد کاربردهای ساخت افزایشی در ساخت و ساز و معماری، ابتدا باید به فناوری های موجود در این زمینه نگاه کنیم. سپس می توانیم در مورد مزایای آن نیز صحبت کنیم. در حال حاضر، ما چند گزینه برای استفاده از چاپ سه بعدی در صنعت ساختمان و معماری داریم:
۱.
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 می نامند که نحوه کار آن تقریباً شبیه نحوه کار پرینترهای 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.
۲.
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.
۳.
تکنولوژی فلزی
آخرین تکنولوژی پرینت سه بعدی که در ساخت و ساز استفاده می‌شود، تکنولوژی فلزی است که بیشتر برای ساخت سازه‌هایی مانند پل‌ها که باید فشار بیشتری را تحمل کنند، کاربرد دارد.
در واقع شرکت هلندی MX3D توسعه دهنده این تکنولوژی است. این شرکت یک روش ساخت منحصر به فرد به نام WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) توسعه داده است که به شما این امکان را می دهد که سازه های فلزی را با یک ربات ۶ محوره پرینت سه بعدی کنید.
این ربات حاصل همکاری Air Liquide و ArcelorMittal بوده و مجهز به یک جوشکار و یک نازل برای جوشکاری لایه به لایه میله های فلزی است. این فرآیند همچنین با سایر فلزات مانند فولاد ضد زنگ، برنز، آلومینیوم و اینکونل سازگار است. این دستگاه را می توان به نوعی آهن لحیم‌کاری غول پیکر تشبیه کرد. این تیم اظهار داشت که “ما یک ربات صنعتی را با یک دستگاه جوش ترکیب کردیم تا آن را به یک چاپگر سه بعدی تبدیل کنیم که با نرم افزار خودمان کار می کند.”
مزایایی به کارگیری پرینت سه بعدی در معماری و ساخت و ساز
فناوری پرینت سه بعدی در معماری در زمینه طراحی و ساخت و ساز مزایای زیادی به همراه دارد. نرم‌افزارهایی که در صنایع معماری، ساخت و ساز و همینطور اسباب و اثاثیه توسعه داده می‌شوند، همیشه از توان واقعی صنعت تولید در ساخت هندسه‌های پیچیده جلوتر هستند. زیرا در روش‌های سنتی تولید، اشیای سه بعدی به یک رسم دو بعدی تبدیل شده، تولید می‌شوند و سپس با دخالت نیروی کار سرهم‌بندی می‌شوند. پرینت سه بعدی فرآیندهای طولانی و پیچیده را دور می‌زند و حتی می‌تواند مستقیم از یک شی سه بعدی پرینت کند. این امر سبب می‌شود پرینت سه بعدی مزایای بزرگی را به ارمغان بیاورد، همچون کاهش زمان طراحی با CAM و داشتن زمان دقیق پرینت، شبیه‌سازی و تولید. به علاوه، شی پرینتی و همه اجزای آن در نهایت با یکپارچگی ساختاری بهتری تولید شده و عیب بسیار کمتری دارند.
۱. تولید سریع
پرینت سه بعدی در هر کجای صنعت ساخت و ساز که به کار رود، زمان تولید را تا حدی زیادی کاهش می‌دهد. چرا که خود دستگاه‌های آن پرسرعت هستند، به طوری که برخی از این دستگاه‌ها قادرند خانه‌های ۶۰۰ تا ۸۰۰ فوت مربعی را (۵۵ تا ۷۵ متر مربع) تنها در ۲۴ ساعت بسازند. خوب به آن فکر کنید، درخور تحسین است!
همچنین، پرینترهای سه بعدی به طور کامل خودکارسازی شده‌اند؛ بنابراین هیچ جایی برای خطای انسانی باقی نمی‌ماند. البته که خود دستگاه مورد پایش قرار می‌گیرد. اما بیشتر فرآیند تولید بدون دخالت انسان انجام می‌شود. علاوه بر این، در روش پرینت سه بعدی به ابزارسازی اضافی هم نیازی نیست. دستور ساخت به صورت یک برنامه به دستگاه داده می‌شود و خود آن، فرآیند تولید را به عهده می‌گیرد.
۲. کمترین میزان اتلاف مواد
بزرگ‌ترین سودی که در نتیجه استفاده از پرینت سه بعدی در صنعت ساخت و ساز به دست می‌آید، جلوگیری از اتلاف مواد است، که بسیاری از هزینه‌های تولید را حفظ می‌کند. به این خاطر یک پرینتر سه بعدی مانند بازوهای رباتیک، مواد را دقیقا به اندازه نیاز مصرف می‌کند. در این روش ساختمان به صورت لایه به لایه ساخته می‌شود و درون آن ساختار شبکه‌ای پیدا می‌کند، از این رو، کاهش چشمگیری در هزینه‌ها اتفاق می‌افتد. در چنین روشی امکان استفاده از مواد بازیافتی نیز وجود دارد. گذشته از این موارد، با بهینه‌سازی توپولوژی میتوان مدل‌هایی طراحی کرد که ساخت آن‌ها به مواد کمتری نیاز داشته باشد؛ با کمک نرم‌افزار توپولوژی، بدون آنکه عملکرد تحت تاثیر قرار بگیرد، بخش‌هایی که مصرف مواد برای آن‌ها ضروری نیست تشخیص داده می‌شوند تا مواد کمتری استفاده شود.
این کار حتی به سود محیط زیست هم خواهد بود. زیرا اثری که پرینت سه بعدی در طبیعت به جای می‌گذارد، به مراتب از روش‌های تولید سنتی کمتر است.
۳. مقرون به صرفه بودن پرینت سه بعدی در صنعت ساخت و ساز
در ساخت افزایشی مواد کمتری مصرف می‌شود و افراد کمتری در محل مشغول به کار هستند. به علاوه که پرینت سه بعدی یک فناوری سریع‌تر است. همه این عوامل باعث می‌شود هزینه‌های ساخت یک ساختمان با پرینت سه بعدی تا حد زیادی کاهش یابد.
در پرینت سه بعدی یک سازه، مواد دقیقا به اندازه مورد نیاز مصرف می‌شوند؛ به همین خاطر، با وجود آنکه پول کمتری خرج می‌شود اما پرینت سه بعدی یک روش دوستدار محیط زیست به حساب می‌آید. همین ویژگی سبب شده است که هزینه‌های تولید به شدت پایین بیاید. فناوری‌های سه بعدی حتی در کاهش هزینه‌های مربوط به تامین نیز موثر هستند. فارغ از عامل هزینه، پرینترهای سه بعدی در زمان شما هم صرفه‌جویی می‌کنند. آن‌ها به غذا و خواب احتیاج ندارند، از افراد واقعی سریع‌تر کار می‌کنند و البته که ساعت کاری آن‌ها را می‌توانید هرطور که می‌خواهید تنظیم کنید. و هرچقدر که سریع‌تر بسازید، پول بیشتری پس‌انداز می‌کنید!
۴. آزادی عمل در طراحی و هندسه‌های پیچیده
بی‌شک بزرگ‌ترین مزیت استفاده از پرینت سه بعدی در پروژه‌های معماری، همین آزادی عمل در طراحی است. اکنون میتوان اشکالی را طراحی و حتی تولید کرد که تصورشان هم در گذشته دشوار بود. حالا دیگر بسیاری از شرکت‌ها در زمینه طراحی مطالعه می‌کنند.
۵. پایداری
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.
۶. سفارشی سازی
شرکتی که اکنون بخواهد در عرصه رقابت موفق شود، باید از توانایی تولید محصولات سفارشی برخوردار باشد. اما ارائه قابلیت سفارشی سازی با روش‌های سنتی بسیار دشوار خواهد بود، چرا که در بحث روش‌های متداول و سنتی، از هر قالب باید برای تولید تعداد بالایی از محصول استفاده شود تا سرمایه اولیه بازگردد.
کاربردهای پرینت سه بعدی در معماری
کاربردهای پرینت سه بعدی در معماری بسیار هستند 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 ۳ بعدی در معماری می توان به موارد زیر اشاره کرد:
۱.
مدل‌سازی سه بعدی دیجیتال
از مهم‌ترین کاربردهای پرینت سه بعدی، مدل‌سازی سه بعدی را میتوان نام برد که در چند سال اخیر نیز انواع مختلفی از نرم‌افزارهای مدل‌سازی سه بعدی عرضه شده‌اند. از مدل‌سازی میتوان برای ساخت نمونه اولیه یک قطعه، سازه‌های واقعی یا نقشه‌کشی یک پروژه استفاده کرد. برخی شرکت‌ها از چندین نرم‌افزار مختلف استفاده می‌کنند تا به بهترین نتیجه برسند.
۲.
نمونه سازی
از دیگر کاربردهای پرینت سه بعدی در معماری و ساخت و ساز در نمونه سازی است که در حوزه معماری از اهمیت خاصی برخوردار است، و بیشتر از هر بخش دیگری از معماری تحت تاثیر فناوری‌های پرینت سه بعدی قرار گرفته است. تا پیش از این، از مدل‌های سه بعدی مقوایی استفاده می‌شده است که ساخت آن‌ها بسیار طول می‌کشید و به زحمت زیادی نیاز داشت؛ نسخه‌های سه بعدی نیز در عمل هیچ کاری از پیش نمی‌بردند.
اکنون، این کاربرد پرینت سه بعدی در معماری امکان ساخت نمونه‌های اولیه سه بعدی با کیفیت بالا را فراهم می‌آورد که زمان و زحمت موردنیاز نمونه‌سازی را به طرز چشمگیری کاهش می‌دهد. ماهیت این فناوری آن را انعطاف‌پذیر می‌سازد، به همین دلیل است که می‌توانید مدل ساختمان‌های ساده و سازه‌های پیچیده را تنها در چند ساعت تولید کنید! در صورتی که ساخت مدل به روش‌های قبل گاه ممکن بود چند هفته و گاه چند ماه طول بکشد.
با آماده شدن مدل، می‌توانید گفت و گو را با مشتری آغاز کنید. بنابراین در زمان و هزینه صرفه‌جویی شده و از احتمال وقوع خطاهای زیانبار نیز کاسته می‌شود، که به طور خلاصه، مراحل طراحی تا توافق با سرعت بالاتری جلو می‌رود.
۳.
زیرساخت شهری
شهرسازی و برنامه‌ریزی شهری با وجود پرینت سه بعدی در صدد آن است که از جهات زیادی دچار تحول بزرگی شود. اول از همه معماران این توانایی را خواهند داشت که مدلی از یک شهر کامل را پرینت سه بعدی کنند. چنین چیزی با وجود تجهیزات و مواد مناسب، دست‌یافتنی خواهد بود. اما از این جالب‌تر، پروژه‌های واقعی هستند که برخی از آن‌ها در دست پیشرفت و برخی نیز پایان یافته‌اند.
پرینت سه بعدی زیرساخت شهری اغلب با همکاری یک شرکت معماری پرینت سه بعدی با شهرداری یا دولت اتفاق می‌افتد و گاهی نیز ممکن است پروژه تجاری باشد. به طور معمول گستره این پروژه‌ها پل‌های پرینت سه بعدی و نمای خارجی ساختمان‌ها تا ایستگاه‌های توقف حمل و نقل عمومی را در برمی‌گیرد.
اسکن سه بعدی در معماری
شهرسازان برای ساخت و ارتقای شهر، اغلب از اهل حرفه‌های ابزاری همچون مهندسان و معماران کمک می‌گیرند. آن‌ها نیز برای اشیای فیزیکی مختلف مانند افزونه‌های یک ساختمان، یک سری اندازه ارائه می‌کنند. حال اگر این اندازه‌ها دقیق نباشند، فرآیند ساخت و ساز به کندی پیش خواهد رفت و اشتباهات پیش‌آمده می‌تواند پروژه را با کمبود بودجه مواجه کند.
خوشبختانه روش اسکن سه بعدی با لیزر در برآورد ابعاد، دقیق‌تر و سریع‌تر از روش‌های سنتی عمل می‌کند. نمونه این امر، ساخت دوباره ایستگاه مرکزی میشیگان به دست شرکت فورد است. برای آنکه طراحی تاریخی این بنای مهم به دقت حفظ شود، فورد سعی کرد با استفاده از اسکنر سه بعدی لیزری شرکت Creaform، مدل‌های سه بعدی دقیقی از اجزای مختلف ایستگاه بسازد، در نتیجه پیمانکاران توانستند ساختارهای پیچیده را تعمیر و یا بازسازی کنند.
در اسکنر سه بعدی Creaform لیزرها در ۱۵ نقطه همدیگر را قطع می‌کنند که می‌توانند شکل هر شی فیزیکی را مجسم کنند. اسکنر Creaform جزئیات را به دقت ثبت می‌کند، تا حدی که دقت آن به اندازه ضخامت یک تار مو می‌رسد، سپس اشکالی با فرم آزاد رسم کرده و فایل مش دیجیتال آن را تولید می‌کند. این روش اسکن کردن برای سطوح کانتورشده و هندسه‌های پیچیده مناسب است که پردازش دقیق آن‌ها نیازمند حجم زیادی از داده‌ها است.
به طور کلی استفاده از اسکن سه بعدی در پروژه‌های مرمت و بازسازی به دقت کار می‌افزاید، در مسئله زمان صرفه‌جویی می‌کند و مهم‌تر از همه، اندازه‌گیری‌هایی می‌کند که با روش‌های دیگر امکان‌پذیر نخواهد بود.
مواد مورد نیاز در پرینت سه بعدی معماری
اولین چیزی که به ذهن می‌رسد، بتن است که چه در روش‌های متداول و چه در روش‌های افزایشی، ماده پرکاردی به حساب می‌آید. شرکت‌های عمرانی که بتن را در روش‌های ساخت افزایشی استفاده می‌کنند، به طور پیوسته اصلاحات گوناگونی روی این ماده اعمال می‌کنند و به روش‌های مختلفی آن را تقویت می‌کنند؛ از این رو به ندرت دیده می‌شود که دو سازنده متفاوت یک نوع بتن را با دستگاه‌های خود اکسترود کنند.
سرامیک ماده دیگری است که بعد از بتن در حوزه معماری محبوبیت زیادی دارد و بعد از آن به ترتیب پلاستیک و چوب رتبه سه و چهار را دارند.
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.
![[صاحب امتیاز عکس: مرکز کامپوزیت‌ها و ساختارهای پیشرفته دانشگاه مین]](https://madatech.co/wp-content/uploads/2023/02/01-9-1024x576.jpg)
![محوطه کارگاهی سد یانگ‌کو [منبع: Weibo]](https://madatech.co/wp-content/uploads/2023/02/01-8.jpg)
