نزدیک به 40 سال است که پرینت سه بعدی به روشی برای تولید تبدیل شده است. به احتمال زیاد، بیشتر شما با روش کار آن آشنا هستید؛ چه برای ساخت وسایل سفارشی مانند مجمسمه‌ها، گلدان‌ها و گجت‌ها، و چه برای تولید اجزای حرفه‌ای مانند اندام‌های مصنوعی، لوازم پزشکی و قطعات خودرو.
در عین حال نیز، حدود یک دهه است که پرینت سه بعدی برای ساخت سازه‌های عظیم و بزرگ مانند پل‌ها، پناهگاه‌ها، خانه‌ها و دفترهای کار هم استفاده می‌شود. قابلیت پرینت ساختمان آنقدر عمیق است که ممکن است تحول بزرگی در صنعت ساخت و ساز به وجود آورد و به واسطه آن بتوان خانه‌های ارزان قیمتی را در مدت زمان کوتاهی آماده کرد تا در اختیار افراد نیازمند قرار بگیرند.
اما چگونه می‌توانید یک خانه را پرینت سه بعدی کنید؟ در این گفتار، علاوه بر روش‌های مختلف به مواد و دستگاه‌های قابل استفاده نیز می‌پردازیم.
1. زمینه: مواد
روش‌های پرینت سه بعدی خانه ارتباط تنگاتنگی با موادی مورد استفاده دارند. بدیهی است که گزینه‌های زیادی در این راستا یافت می‌شود و هرکدام نیز از مزایا و معایب به خصوصی برخوردار است. برخی از دسته‌بندی‌های اصلی شامل این مواد می‌شوند:
- بتن
- ملات
- پلاستیک
- منابع محلی
- ماسه
- فلز
لازم است به خاطر داشته باشید که هریک از روش‌های ساخت و مواد مورد استفاده با شرایط زیست محیطی خاصی سازگار است و همه آنها را نمی‌توان در همه جا به کار برد. شرایط آب و هوایی منطقه بر انتخاب این موارد تاثیرگذار است اما در کنار آن، مسائل اقتصادی و امکان دسترسی نیز اثر مستقیمی در تصمیم‌گیری دارند؛ دو مورد آخر، به ویژه در نقاطی از دنیا که مسائل اقتصادی و همچنین ساخت خانه‌های ایمن اهمیت بیشتری دارند، نقش پررنگ‌تری به خود می‌گیرند.
2. لایه نشانی بتن
در حال حاضر، روش لایه‌نشانی بتن به دلیل انسجام و یکپارچگی ساختاری که ایجاد می‌کند، محبوب‌ترین روش پرینت سه بعدی ساختمان است.
شیوه کار در اینجا تا حدودی شبیه به پرینترهای رومیزی FDM و ماشین‌کاری CNC است. در بیشتر موارد یک چارچوب و یک ریل وجود دارد تا هد پرینتر امکان حرکت داشته باشد. یک بازو در سرتاسر ریل حرکت می‌کند و با اکسترود مواد بتنی از یک نازل، سازه را لایه به لایه می‌سازد. همچنین، مانند شرکت Apis Core، در این روش می‌توان از یک بازوی رباتیک استفاده کرد.
اکنون، سازه‌ها و ساختمان‌های بسیاری در دنیا یافت می‌شوند که با این روش ساخته شده‌اند. یکی از این موارد مشهور، خانه‌ای در شهر آیندهوون هلند است که در پروژه‌ای به نام مایل‌استون ساخته شد. در این پروژه، یک پرینتر با بزرگترین اندازه ممکن به کار گماشته شد و ساختمان خانه را به طور یک‌تکه در خود محل بنا کرد. همزمان نیز در شهر چنای هند، یک شرکت به نام Tvasta توانست اولین خانه پرینت سه بعدی هند را در پردیس دانشگاه فناوری مادراس هند بسازد.
3. شکل‌دهی ماسه
در این فرآیند که نخستین بار در ایتالیا توسعه یافت، لایه‌های ماسه به طور خیلی دقیق لایه‌نشانی می‌شوند. هر لایه به همراه یک عامل چسبان به سمت بیرون پاشش می‌شود تا جامد شود. این روش ساخت افزایشی برای مدت زیادی و به صورت گسترده برای تولید قطعات کوچک‌تر استفاده می‌شده است، اما اکنون به روشی برای ساخت سازه‌های بزرگ‌تر شناخته می‌شود. فرآیند شکل‌دهی ماسه در مقایسه با لایه‌نشانی بتن، به نیروی کار و زمان بیشتری نیاز دارد، اما استفاده از آن در کشورهای خشک و گرم مزیت‌هایی به همراه دارد.
«D Shape’s UnaCasaTuttaDiUnPezzo» نام خانه‌ای است که به احتمال زیاد اولین خانه پرینت سه بعدی باشد که تنها در یک مرحله ساخته شده است. برخلاف بسیاری از ساختمان‌های پرینت سه بعدی بتنی که در محل ساخته می‌شوند، این سازه ابتدا در جای دیگری ساخته شد و سپس به ملک شخصی مارکو فراری، معمار این ساختمان که بر فراز تپه‌ای قرار داشت، برده شد.
بعد از خانه مارکو فراری، با ساخت اقامتگاه‌های زیبای منطقه کیساوا واقع در موزامبیک، این ایده برای بار دیگر بازآفرینی شد. بدنه اصلی همه ساختمان‌ها با استفاده از شکل‌دهی ماسه ساخته شده است؛ بنابراین در طول روز داخل آنها خنک می‌مانند و در طول شب نیز گرم می‌شوند.
4. لایه نشانی پلاستیک
بیشتر علاقه‌مندان پرینت سه بعدی به اندازه کافی با پلاستیک‌ها و مشتقات پلاستیکی آشنا هستند. حتی شاید بسیاری از آنها با استفاده از PLA، ABS، TPU یا PETG به تولید مدلی برای خود پرداخته باشند. تصور کنید شما هم می‌توانستید یک کلبه یا خانه‌ای با اندازه‌های واقعی را با پلاستیک پرینت کنید! این کار همین الان هم شدنی است. در واقع با یک پرینتر سه بعدی مقیاس بزرگ که طبق اصول پرینترهای استاندارد خانه‌سازی کار می‌کند، می‌توانید یک خانه را با پلاستیک پرینت سه بعدی کنید. اما بدیهی است که نمی‌توان از همه انواع فیلامان‌های پلاستیکی استفاده کرد، زیرا یک ساختمان در محیط باز و در معرض بسیاری از عوامل محیطی قرار می‌گیرد.
یکی از مزایای مهم استفاده از پلاستیک در پرینت سازه‌ها این است که می‌توان قطعات را در خارج از محل پرینت و سپس در محل اصلی سرهم کرد. اکنون شرکت‌های در حال توسعه‌ای هستند که می‌توانند همه اجزای یک خانه کامل را در کارخانه و تنها در 24 ساعت پرینت می‌کنند؛ سپس آنها را به محل موردنظر ارسال می‌کنند و در مدت زمان مشابهی به نصب اجزای خانه می‌پردازند.
شرکت Azure Printed Homes یکی از همین شرکت‌ها است که با استفاده از پلاستیک‌های بازیافت‌شده و مواد پسماند، خانه‌های کوچک و دفترهای کار خانگی را پرینت می‌کند. در جای دیگر، شرکت معماری DUS برای تولید پناهگاه‌های کوچک و مجزای خود، از موادی با پایه زیستی استفاده کرده است. آنها می‌خواستند این سازه‌های کوچک را در مناطقی قرار دهند که در سابق کاربرد صنعتی داشته‌اند تا به توسعه دوباره فضاهای سبز بپردازند. افراد مختلف نیز می‌توانند از این فضاهای ساکت دیدن کنند و از آرامشی که در آنها وجود دارد، لذت ببرند.
5. لایه نشانی پسماند بازیافت شده
در بخش پرینت سه بعدی سازه‌های پلاستیکی دیدیم که اکنون، استفاده از مواد جایگزین در عرصه ساخت و ساز با پرینت سه بعدی بسیار مطرح است و البته که این ایده تنها به مواد پلاستیکی محدود نمی‌شود.
منظور از مواد پسماند فقط پلاستیک‌های بازیافتی نیستند، بلکه فلزات، محصولات کاغذی و پسماندهای زیستی را هم شامل می‌شود. شاید به کارگیری چنین موادی برای ساخت یک خانه به ذهن خطور نکند، اما افراد نوآور در مقابله با بسیاری از بحران‌ها تلاش می‌کنند هنجارشکنی کنند و برای استفاده از مواد موجود، راه‌حل‌های مناسبی ارائه کنند.
برای نمونه، شرکت WASP برای ساخت خانه گایا، مقدار فوق‌العاده زیادی پسماند برنج به کار برد. به طور خاص، ترکیبی که آنها استفاده کردند شامل 25% خاک، 40% کاه خردشده برنج، 25% پوسته برنج و 10% آهک هیدرولیک بود. همانطور که شاید حدس زده باشید، این مواد از منابع محلی همان منطقه هستند و برخی از آنها نیز در اطراف خود محوطه کارگاهی ساختمان یافت شدند. شرکت WASP خانه‌های خود را با استفاده از چاپگر سه بعدی کرین خود چاپ می‌کند، که یک دستگاه چاپ رسوب بزرگ است که برای استفاده در محل و ساخت و ساز کامل در عرض چند روز طراحی شده است.
رسوب زمین/رس
ما قبلاً به استفاده از زمین در ساخت ساختمان‌های ضایعات برنج WASP اشاره کرده‌ایم، اما نمونه‌های دیگری از پروژه‌ها وجود دارد که از زمین یا مواد مشابه استفاده می‌کنند.
مزیت اصلی خانه های چاپ سه بعدی با استفاده از خاک، گل یا خاک رس این است که منابع آن فراوان هستند. هزینه‌های ساخت و زمان بندی به شدت به خرید و حمل و نقل مواد بستگی دارد، بنابراین منطقی است که از آنچه درست زیر پای شما است استفاده کنید!
یک مثال خوب آن، زیستگاه های پروژه TECLA WASP است که دوباره از Crane WASP خود برای چاپ لایه به لایه با استفاده از خاک محلی استفاده می‌کند. حداکثر مساحت ساختمان کرین 50 متر مربع است که ساخت یک ساختمان بزرگ را در عرض چند روز ممکن می‌سازد.
سایر روش‌های ساخت خانه با پرینت سه بعدی
نوآوری در طراحی و ساخت خانه‌های پرینت سه بعدی کلیدی است، و همانطور که اکنون دیدیم، راه‌های مختلفی برای نزدیک شدن به این کار وجود دارد. تا کنون، ما موارد اصلی را پوشش داده‌ایم، اما چند پروژه قابل توجه وجود دارد که کاملاً با دسته‌های بالا مطابقت ندارند.
یکی از این نمونه‌ها خانه Yhnova در نانت فرانسه است. اساساً، هر دیوار از یک پوسته پلی یورتان تشکیل شده است که بین آن بتن ریخته شده است. این پوسته با استفاده از یک بازوی روباتیک چاپ شد که توسط یک حسگر لیزری که از یک ماکت دیجیتالی خانه استفاده می‌کند، در اطراف پایه ساختمان هدایت می‌شد. سازندگان خانه Yhnova ادعا می‌کنند که این خانه، اولین خانه مسکونی پرینت سه بعدی اروپا است.
از نمونه‌های نوآورانه دیگر خانه‌های ساخته شده با پرینت سه بعدی می‌توان به طیف وسیعی از ساختمان‌های Mighty Building، از جمله House Quatro، Super Quatro و Two Story اشاره کرد. همه با استفاده از پانل های سنگی کامپوزیت چاپ شده در کارخانه ساخته شده اند، که قبل از مونتاژ در محل با ماشین تمام شده و پردازش می شوند. مواد سنگ سبک خود توسعه یافته آنها در صورت قرار گرفتن در معرض نور ماوراء بنفش به یک کامپوزیت سنگ مانند تبدیل می شود و هر لایه با الیاف شیشه تقویت می شود و اطمینان حاصل می کند که هر دیوار، کف و سقف به ساختاری مقاوم کمک می‌کند.
یاد آوری افتخاری دیگر از پرینت سه بعدی در صنعت معماری: شکل دهی فلز
اگرچه فعلا در ساخت خانه‌ها از آن استفاده نشده است اما یکی دیگر از روش‌های پرینت سه بعدی که پتانسیل بالایی در صنعت ساختمان دارد، پرینت سه بعدی فلز است. تا به امروز، چشمگیرترین دستاورد آن پلی است که روی یک کانال در آمستردام قرار گرفته است. نگاهی به کار انجام شده توسط MX3D بیندازید که برخی از ساختارهای خلاقانه ساخته شده با این روش را نشان می دهد.
این روش یک بازوی رباتیک و یک جوشکار را برای تشکیل یک چارچوب ترکیب می‌کند. در زمینه ساخت یک خانه سه بعدی، این روش یک راه حل همه در یک نیست، زیرا فقط یک اسکلت را تشکیل می دهد، اما کاملاً یک روش صرفه جویی در زمان و کار است.
