در این راهنما، اطلاعات جامعی درباره چگونگی استفاده از پرینت سه بعدی برای ساخت ماکت معماری با پرینتر سه بعدی آمده است؛ به طور دقیقتر، در ادامه به انواع روشهای پرینت سه بعدی قابل استفاده برای ماکتسازی و همچنین، فرآیند طراحی مدلهای سه بعدی با استفاده از نرمافزارهای طراحی CAD، میپردازیم.
بعد از انتقال هنر معماری از تختههای طراحی به درون نمایشگرهای دیجیتال، مدلهای فیزیکی هنوز هم نقش مهمی در این عرصه داشته و به کمک آنها، معماران میتوانند نقشههای خود را به تجسم درآورند. پرینت سه بعدی، همچون یک پل ارتباطی میان دو جهان دیجیتال و مادی، قابلیتی در اختیار معماران و سازندگان قرار میدهد تا ماکتهای معماری را دقیق، سریع، مقرونبهصرفه و به صورت مستقیم از یک نقشه دیجیتال بسازند.
چرا باید ماکتهای معماری را با پرینت سه بعدی بسازیم؟
ساخت ماکت معماری با پرینتر سه بعدی موضوع تازهای نیست و جالب است بدانید که این رویکرد از زمان حکومت فراعنه بر مصر باستان رواج داشته است! بیشک ارائه یک تجسم فیزیکی، پیش از شروع یک پروژه، بر چگونگی پیشبرد آن و دریافت سرمایه بیشتر تاثیر مثبتی میگذارد، علاوه بر آنکه امکان پیشبینی موانع مربوط به ساختوساز و رفع آنها به وجود میآید.
از دیدگاه سنتی، ساخت ماکت یک سازه به کمک دست به حساب میآید که در آن از مواد مختلفی همچون رس، مقوا، چوب و سرامیک استفاده میشود. این کار ممکن است فوقالعاده به درازا بینجامد و برخی مراحل آن مرتب تکرار شوند. با این حال، امروزه ابزارهای بیشتری در اختیار استودیوهای معماری قرار گرفته است. بخشی از این مجموعه ابزاری شامل دستگاههای CNC، کاترهای لیزری و پرینترهای سه بعدی است که با وجود آنها، به نیروی انسانی کمتری نیاز بوده و جریان کار سرعت میگیرد.
روشهای جدید پرینت سه بعدی این توانایی را دارند که تحولی بنیادین در شیوه ساخت ماکت و مدلهای معماری به وجود آورند؛ به این خاطر که با پرینت سه بعدی:
- سرعت کار در بخش مدلسازی بیشتر میشود.
- نقشه CAD مستقیم به شکل یک مدل سه بعدی واقعی و دقیق درمیآید.
- امکان تولید قطعات با طراحی پیچیده نیز فراهم میشود؛ منظور قطعاتی است که ساخت آنها با هر روش دیگری سخت یا غیرممکن است.
- درک اتصالات سادهتر شده و برخی نواحی خاص که نمایش آنها با نقشههای دو بعدی دشوار است به راحتی قابل تشخیص خواهند بود.
- امکان ساخت ماکت معماری با پرینتر سه بعدی در نسخههای بیشتر با هزینه کمتر به وجود میآید.
کارگاه آموزشی رنزو پیانو با موضوع ساختمان، مثال خوبی در این زمینه است. خود آقای رنزو پیانو، بنیانگذار این کارگاه معماری است که برنده جایزه پریتزکر شده و اکنون برای توسعه و ساخت ماکتهای دقیق از پرینتر سه بعدی SLA استفاده میکند.
فرانچسکو ترانووا، یکی از مدلسازان این کارگاه میگوید:
«ما هر روز، یا بهتر بگویم هر ساعت باید مدلها را تغییر دهیم. هنگامی که معماران نقشه یک پروژه را زود به زود عوض میکنند، ما وقت کافی نخواهیم داشت که همه این تغییرات را به صورت دستی ایجاد کنیم. بنابراین باید روشی پیدا کنیم که سرعت بیشتری به کار ما ببخشد.»
پرینترهای سه بعدی میتوانند مدلها را در عرض چند ساعت بسازند و در صورت نیاز، تمام شب را کار کنند تا سرعت پیشروی پروژه بیشتر شود.
ترانووا در اینباره میگوید: «خوبی ماجرا آنجاست که پرینتر را تمام شب روشن میگذاریم و صبح که بازمیگردیم، مدل کامل شده است. اینگونه، در طول روز زمان بیشتری را برای انجام کارهای دیگر ذخیره میکنیم.»
یک پرینتر سه بعدی میتواند یک ماکت کامل را بسازد، اما اغلب این روش در کنار روشهای دیگر به کار میرود. در کارگاه رنزو پیانو، مدلسازان برای ساخت قطعات ساده از ماشینکاری CNC یا دستگاههای برش لیزری استفاده میکنند و برای تولید قطعات پیچیده و پرجزئیات به سراغ پرینترهای سه بعدی میروند، چرا که ساخت تکههایی مانند پلهها، درختان، اشیای گرد و سطوح دارای انحنا با دست خالی فوقالعاده وقتگیر خواهد بود.
در واقع، همین ترکیب پرینت سه بعدی با روشهای سنتی است که به شکوفایی خلاقیت و نوآوری سرعت بخشیده و دقت ماکتهای معماری را بالا برده است. در یک نمونه، گروه رنزو پیانو موفق شدند مدل اتصالات پیچیده ستونهای پل جدید سن جورجیو واقع در جنوا را با پرینت سه بعدی بسازند؛ پلی که پس از ریزش پل موراندی در سال 2018 توسط خود گروه پیانو طراحی شد.
هدف از ساخت مدلهای سه بعدی، در وهله نخست، تبادل بیشتر دانش و مهارت میان جامعه معماران و دوم، نمایش بصری نقشههای مذبور به مشتریان است تا درک بهتری از نتیجه کار پیدا کنند.
شرکت طراحی Laney LA واقع در لسآنجلس، بیشتر در زمینه طراحی و ساخت خانههای شخصی فعالیت میکند. آنها به ابزار قدرتمندی نیاز دارند که اطلاعات مربوط به خانهها و سازهها را به راحتی تبادل کنند. از این رو، پائول چوی و تیمش، برای نمایش بخشهای خاصی از یک پروژه که درک آنها با نقشههای دو بعدی معمولی دشوار است، از فناوری پرینت سه بعدی استفاده میکنند.
چوی میگوید:
«اینکه بتوانیم مفهوم خاصی از یک پروژه را به طور کامل به نمایش دربیاوریم همیشه برای ما سرگرمکننده است، حال فرقی نمیکند مدلی که به صورت یک بخش برشخورده دیده میشد یک اتاق باشد یا قسمتی از یک فضای بزرگتر؛ گاهی نیز توپوگرافی یک محوطه است.»
انتخاب پرینتر سه بعدی برای ساخت ماکتهای معماری
در بحث ماکتسازی و ساخت مدلهای معماری، همه روشهای ساخت افزایشی به کار نمیآیند. بنابراین مهم است که برای هر کاربرد خاص، روش سه بعدی مناسب انتخاب گردد.
در زمینه ساخت ماکتهای معماری، روشهای پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA)، چاپ سه بعدی مدلسازی با ذوب و لایهنشانی (نام دیگر پرینت سه بعدی FDM)، زینتر انتخابی با لیزر (یا پرینت سه بعدیSLS ) و بایندر جت بیشترین استفاده را دارند.
-
پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA) در معماری
استریولیتوگرافی، اولین فناوری پرینت سه بعدی جهان است که در سال 1980 ابداع شد و هنوز هم از پرطرفدارترین روشهای سه بعدی در میان افراد حرفهای به حساب میآید. در در پرینترهای سه بعدی رزینی که با تکنولوژی پرینت سه بعدی SLA کار میکنند، یک لیزر برای به عمل آوردن رزین مایع تعبیه شده است. رزین در فرآیندی به نام فوتوپلیمریزاسیون پخت شده و به پلاستیک سخت تبدیل میشود.
قطعات در روش SLA دارای لبههای تیز و سطحی هموار هستند، و خطوط پرینت به راحتی تشخیص داده نمیشوند؛ به همین خاطر، این روش برای ساخت مدلهای بصری با جزئیات بسیار کاملا مناسب است. نمونهای که در تصویر مشاهده میشود با پرینتر SLA مدل Form 3 پرینت شده است.
در میان انواع فناوریهای پرینت سه بعدی پلاستیک، بالاترین میزان رزولوشن و دقت متعلق به قطعاتی است که با فناوری SLA ساخته میشوند. افزون بر این، پرداخت سطح قطعات فوقالعاده هموار است که نشان میدهد کار کردن با این قطعات راحت خواهد بود.
اگر مدلی جزئیات زیادی داشته باشد که ارائه بصری آنها به مشتری و یا افراد دیگر مورد اهمیت است، استفاده از فناوری SLA برای ساخت ماکت معماری با پرینتر سه بعدی آن انتخاب درستی خواهد بود.
مزیت دیگری که در روش پرینت سه بعدی SLA برای معماران و مدل سازان وجود دارد، قابلیت استفاده از موادی همچون رزین پیشنویس است که به سرعت پرینت میشوند. این دسته از مواد اغلب با اصطلاح fast-printing شناخته میشوند که سرعت فرآیند قطعهسازی را چند برابر میکنند.
در بحث اندازه نیز نباید از قطع پرینتر غافل شد؛ پرینترهای رومیزی SLA در کنار مزایای خود، ظرفیت ساخت محدودی دارند و در مقابل پرینترهای قطع بزرگ SLA به معماران و مدلسازان اجازه ساخت مدلهای بزرگتر را میدهند.
-
چاپ سه بعدی مدلسازی با ذوب و لایهنشانی (FDM) و معماری
ساخت طرحهای پیچیده و پرجزئیات که با پرینترهای SLA به راحتی انجام میشود (تصویر سمت راست)، در پرینترهای FDM به زحمت بیشتری نیاز دارد (نمونه سمت چپ).
فناوری پرینت سه بعدی مدلسازی با ذوب و لایهنشانی یا FDM که نام دیگر آن ساخت و تولید از طریق ذوب فیلامنت (FFF) است، بیش از هر فناوری سه بعدی دیگری استفاده میشود. به ویژه که با ظهور پرینترهای سه بعدی FDM مختص افراد آماتور، محبوبیت این روش در میان مصرفکنندگان شخصی و علاقهمندان اهل سرگرمی دوچندان شده است. در پرینترهای سه بعدی FDM، قطعه مورد نظر به واسطه ذوب و اکسترود شدن یک فیلامنت ترموپلاستیک ساخته میشود؛ بدین شکل که یک نازل مواد ذوبشده را لایه به لایه روی محل مشخصی رسوب میدهد.
از بین چهار فناوری نام برده شده، کمترین میزان دقت و رزولوشن از آنِ فناوری FDM است. به طور کلی، این روش برای ساخت قطعاتی که جزئیات ظریف یا بخشهای پیچیدهای داشته، مناسب نیست. در مقابل، نقطه قوت این روش تولید سریع و ارزان نمونههای بزرگ است. بنابراین بهترین زمان ممکن برای استفاده از فناوری پرینت سه بعدی FDM، هنگام تولید مدلهای ساده و مفهومی در مراحل اولیه یک پروژه است که به پیشبرد بخشهای بعدی کمک میکنند.
-
پرینت سه بعدی زینتر انتخابی با لیزر (SLS) در معماری و مدل سازی
به عنوان یک فناوری ساخت افزایشی، روش زینتر انتخابی با لیزر بیشترین کاربرد صنعتی را دارد. در پرینترهای سه بعدی SLS، لیزر قدرتمندی وجود دارد که ذرات ریز پودر پلیمر را ذوب میکند. پودری که اطراف ناحیه در حال زینتر دستنخورده باقی میماند، همچون تکیهگاهی برای قطعه میشود. در نتیجه، دیگر نیازی به استفاده از سازه تقویتی اضافه نخواهد بود.
روش چاپ سه بعدی SLS، بهترین گزینه برای ساخت هندسههای پیچیده است. چنین قطعاتی ممکن است لبههای دارای بریدگی، دیوارههای نازک، تورفتگیها و یا بخشی از یک طراحی داخلی باشند. علاوه بر این مورد، خواص مکانیکی قطعاتی که با روش SLS تولید میشوند فوقالعاده خوب است، به طوری که از این فناوری برای تولید قطعات سازهای استفاده میشود.
-
استفاده از پرینت سه بعدی بایندر جت در معماری
طرز کار بایندر جت همانند SLS است، با این تفاوت که به جای حرارت، از یک عامل چسبان رنگی برای ایجاد اتصال میان ذرات پودری نوعی ماسهسنگ استفاده میشود. پرینترهای بایندر جت میتوانند برای ساخت ماکت معماری با پرینتر سه بعدی به صورت تمامرنگی و با کیفیت بسیار خوبی کارامد باشد.
با این حال، سطح قطعات دارای خلل و فرج زیادی بوده و خود آنها بسیار شکننده هستند. با توجه به این موضوع، توصیه میشود که از این روش تنها برای ساخت اجسام ساکن استفاده گردد که هیچ حرکتی ندارند.
مقایسه پرینترهای سه بعدی محبوب در زمینه ماکتسازی
| SLA | FDM | SLS | بایندر جت | |
| رزولوشن | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| دقت | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| پرداخت سطح | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| سهولت پرینت | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
| توانایی پرینت طرحهای پیچیده | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| حجم ساخت | تا 300×335×200 میلیمتر مکعب
(پرینترهای سه بعدی رومیزی) |
تا 600×300×300 میلیمتر مکعب
(پرینترهای سه بعدی رومیزی) |
تا 300×165×165 میلیمتر مکعب
(پرینترهای سه بعدی رومیزی از نوع صنعتی) |
تا 203×381×254 میلیمتر مکعب
(پرینترهای سه بعدی صنعتی) |
| بازه قیمت | پرینترهای رومیزی حرفهای از 3,500 دلار به بالا
پرینترهای رومیزی قطع بزرگ از 11,000 دلار به بالا |
پرینترهای اقتصادی به همراه مجموعه وسایل آنها در حدود چندصد دلار
پرینترهای رومیزی رده متوسط با کیفیت بالاتر از حدود 2,000 دلار به بالا سیستمهای صنعتی از 15,000 دلار به بالا |
سیستمهای صنعتی از نوع رومیزی از 18,500 دلار به بالا
پرینترهای صنعتی معمولی از 100,000 دلار به بالا |
پرینترهای بایندر جت در مقیاس صنعتی معمولا گران هستند، قیمت آنها از 30,000 دلار شروع شده و به بیش از 100,000 دلار میرسد |
چگونه ماکتهای معماری را با پرینت سه بعدی بسازیم؟
این روزها، بیشتر مهندسان معمار به خوبی با محیط دیجیتال آشنا هستند. بسیاری از آنها، برای طراحی از نرمافزارهای CAD مثل رویت، آرشیکد، رینو و اسکچآپ استفاده میکنند. اما نکته اصلی آنجاست که امکان تبدیل مستقیم همه این فایلهای دیجیتال به یک مدل سه بعدی و در نتیجه پرینت آنها وجود ندارد.
برای تبدیل نسخه CAD به فایلی که قابل پرینت باشد، باید به چند مورد توجه کرد: طراحی با درک مبانی پرینت سه بعدی انجام شود؛ ماهیت آمادهسازی فایل برای پرینت، محدودیتهایی در مدلسازی ایجاد میکند که باید به آنها توجه شود؛ و در آخر، روش و رویکرد مورد اتخاذ در تمامی مراحل، از مدلسازی و انتخاب مقیاس گرفته تا سرهمبندی و انجام عملیات تکمیلی، باید هوشمندانه انتخاب گردد.
1.راهبرد مدلسازی سه بعدی در معماری
ساخت ماکت معماری با پرینتر سه بعدی ، اغلب از کنار هم قرار گرفتن تکههای زیادی به وجود میآیند و ممکن است هریک جنس متفاوتی داشته باشد. حال به کمک پرینترهای سه بعدی، میتوان هر تعداد مشخصی از این تکههای مجزا را به صورت یک قطعه واحد پرینت کرد؛ با این حال، دو دلیل اصلی برای سرهم کردن وجود دارد:
- محدودیت در حجم قابل ساخت: بیشتر اوقات، حجم قابل ساخت با پرینتر سه بعدی کوچکتر از مدل اصلی بوده و مدل باید به چند قسمت تقسیم شود، مگر آنکه از یک پرینتر سه بعدی قطع بزرگ استفاده شود.
- اهمیت به نمایش گذاشتن جزئیات داخلی یا موارد خاص: در برخی موارد، بخشهای خاصی از کار باید به طور برجسته دیده شوند تا مقاصد طراحی آشکار شود.
به هنگام مهیا نمودن شرایط برای پرینت سه بعدی یک مدل معماری، مهمترین مسئلهای که باید به آن توجه کرد، تفاوت در اندازه و هندسه اجزای مختلف است. از این رو، معمولا مدلهای بزرگ، مدلهای دارای بخشهای متعدد و یا آنهایی که جزئیات زیادی دارند، نخست به چند قسمت قابل پرینت تقسیم شده و پس از پایان فرآیند پرینت سرهم میشوند.
در ماکت بالا، همه واحدهای سازنده ساختمان از یک الگو پیروی میکنند، به همین خاطر یکی از واحدهای آن طوری پرینت شده است که قابل برداشتن و گذاشتن بوده تا مشتری نوع توپولوژی طراحی را درک کند.
با استفاده از چسب شیمیایی یا مونتاژ مکانیکی، قطعات به راحتی به هم متصل میشوند. در چنین مواقعی نیز بهتر است به سراغ فناوریهایی مانند SLS و SLA بروید که دقت بالای آنها، مشکلی در فرآیند سرهمبندی ایجاد نمیکند.
راهکارهای زیر به مرحله مونتاژ و سرهم کردن قطعات مربوط میشوند که بکار بردن آنها شانس موفقیت پروژه را بالا میبرد:
- تقسیم کردن مدل از نواحی اتصال اجزا: با این کار، سرهمبندی اجزای مختلف بعد از پرینت راحتتر خواهد بود؛ سادهترین راه نیز جدا کردن بخشهای مدل با یک برش مستقیم است. راه دیگر آن است که در نواحی اتصال نوعی برجستگیهای خاص طراحی شود تا قطعات پس از پرینت شدن به واسطه این قسمتهای اضافی باهم تراز شوند.
- تقسیم کردن مدل به اجزای آن: برخی مدلها به گونهای طراحی میشوند که امکان جدا شدن اجزای سازهای آنها وجود دارد و گاهی حتی در نرمافزارهای کامپیوتری به شکل مجموعهای از قطعات درمیآیند. بنابراین میتوان کاری کرد که هریک از اجزای آنها به صورت جداگانه پرینت شده و سپس سرهم شوند.
2.روند کار با نرمافزار برای ساخت ماکت معماری با پرینتر سه بعدی
با پیشرفت نرمافزارهای CAD، فایلهای مختلف به راحتی در پرینترهای سه بعدی پردازش میشوند. ماژولهای سه بعدی در همه بسترهای CAD به چشم میخورند و مهندسان معمار میتوانند نقشههای خود را با قابلیت پرینت شدن طراحی کنند. هرچند، نباید فراموش کرد که طرح اولیه همیشه در مقیاس 1:1 ترسیم میشود و هنگام پرینت کردن برخی از ابعاد نیاز به اصلاح شدن دارند.
هنگام توسعه یک مدل معماری، نکات زیر را در مورد هر یک از محیطهای CAD به خاطر بسپارید:
- کار با BIM: زمانی که مدلسازی در فضای پارامتری برنامههای BIM انجام شده باشد، همچون اتودسک رویت و گرافیسافت آرشیکد، برخی اجزای مدل باید تغییر یابند تا قابلیت پرینت پیدا کنند. زیرا بخشهایی مثل کانالها، پنجرههای دوجداره و سیستمهای تهویه مطبوع HVAC در پرینت سه بعدی مفهومی نداشته و باید از مدل دیجیتال حذف شوند، در نتیجه ضخامت درها، پنجرهها، دیوارها و اسلبها هم باید بیشتر شود.
- مدلسازی سطحی: معمولا این روش سادهتر است و با طراحی یک نقشه دوبعدی مختص پرینت سه بعدی آغاز میشود. نقشه از پیش مراحل سادهسازی را گذرانده و حال تنها مقیاس آن کوچک میشود. سپس برش خورده و فقط یک پوسته خارجی از طرح باقی میماند که آماده پرینت شدن است.
3.پرینت سه بعدی یک ماکت معماری و انجام عملیات تکمیلی روی آن
در مرحله بعد، مدل سه بعدی دیجیتال باید به زبانی ترجمه شود که برای پرینتر سه بعدی خوانا باشد. این کار، نیازمند استفاده از یک نرمافزار اسلایسر یا هر نرمافزار آمادهسازی فایل برای پرینت است که در این زمینه میتوان به PreForm اشاره کرد.
استفاده از نرم افزارهای اسلایسر:
کار کردن با نرمافزار برش به درک شهودی نیاز دارد و مبتنی بر تجربه کار با پرینت سه بعدی نیست. در نرمافزار، بخشهای خاصی از مدل که نیاز به تقویت یا اصلاح دارند از سایر اجزا متمایز میشوند؛ نواحی بدون تکیهگاه، دیوارهایی که باید تقویت شوند و بسته بودن یک حجم معین که بر سازه پرینت تاثیر میگذارد، از جمله این موارد هستند. علاوه بر این، میزان رزولوشن، محل قرارگیری بستر ساخت و نوع سازه تکیهگاهی، همه در این نرمافزارها قابل تنظیم هستند.
همچنین، مواد نقش مهمی در انتقال مفاهیم نهفته در یک طراحی به عهده دارند. قطعا اجباری برای شبیهسازی رنگ و جنس مواد در واقعیت وجود ندارد، اما این کار به تمایز بهتر مواد از یکدیگر کمک میکند. با اتخاذ رویکرد تقسیم مدل سه بعدی به اجزای متفاوت آن، این کار به خوبی شدنی خواهد بود؛ بدین شکل که قطعات مختلف از ابتدا با مواد متفاوت پرینت شده، و یا به صورت دستی رنگآمیزی شوند.
انتخاب عملیات تکمیلی نیز به نوع فناوری پرینت سه بعدی بستگی دارد، اما به طور معمول، مراحل سنبادهزنی، اتصال و رنگآمیزی مدل را شامل میشود.
جدول زیر، مروری بر فرآیندهای ساخت ماکت معماری با پرینتر سه بعدی است:
| عملیات تکمیلی | روش SLA | روش FDM | روش SLS | بایندر جت |
| سنباده زنی | پیشنهاد میشود یک سنباده نرم زده شود تا رد تکیهگاه از بین برود. | کیفیت پایین پرینتهای FDM، انجام عملیات سنبادهزنی را ضروری میسازد تا سطحی صاف و هموار به وجود آید. | کیفیت سطح قطعات بسیار خوب بوده و احتیاجی به سنبادهزنی نیست. | احتیاجی به سنبادهزنی نیست. |
| اتصال | برای اتصال قطعات SLA از چسب سوپر گلو یا رزینهای مایع استفاده میشود. | برای سرهم کردن قطعات FDM از چسبهای مختلفی از جمله سوپر گلو استفاده میشود. | برای کنارهم قرار دادن قطعات SLS از چسبهایی مانند سوپر گلو استفاده میشود. | برای اتصال قطعات بایندر جت به یکدیگیر از چسب سوپر گلو یا رزینهای مایع استفاده میشود. |
| بتونه کاری و رنگ آمیزی | جهت داشتن پرداخت مورد نظر، قطعات SLA رنگآمیزی میشوند. | جهت داشتن پرداخت مورد نظر، قطعات FDM رنگآمیزی میشوند. | جهت داشتن پرداخت مورد نظر، قطعات SLS رنگآمیزی میشوند. |
قطعاتی که تمامرنگی پرینت میشوند احتیاجی به رنگآمیزی ندارند. |
بدون دیدگاه