Công nghệ in 3D vào ngành xây dựng
Ngành xây dựng đã sẵn sàng để đón nhận một làn sóng kỹ thuật mới gọi là công nghệ In 3D vào việc thi công các công trình dân dụng từ cầu cống đến các loại kiến trúc. Nền công nghiệp hiện đại đang tiến dần đến thời kỳ kỹ nghệ 4.0 đặc trưng bởi sự phối hợp giữa 3 công nghệ mới - In 3D, Cảm biến, và Robot; và người ta mỗi ngày một khám phá thêm những ứng dụng mới từ bộ ba công nghệ này.
Thi công cầu sắt bắc qua con kinh ở Amsterdam.
Công nghệ In 3D đi vào kỹ nghệ chế tạo
Những máy In 3D đã xâm nhập vào kỹ nghệ hàng không và tạo ra nhiều sản phẩm giá trị cao, khối lượng thấp. Airbus là hãng hàng không đầu tiên áp dụng kỹ thuật In 3D để tạo ra nhiều bộ phận cho chiếc máy bay. Công ty cho biết các sản phẩm tạo ra bởi công nghệ In 3D tốt hơn, chắc hơn, nhẹ hơn đến 50 hay 80%, và cứ giảm bớt được 220 cân nặng thì công ty tiết kiệm được 2,5 triệu đô la tiền mua nhiên liệu mỗi năm.
Một trong những giới hạn chính của công nghệ In 3D là kích thước của các máy in. Các sản phẩm hay chi tiết sản phẩm phải được nằm gọn trong máy in nơi người ta cho in thành từng lớp chồng phủ lên nhau bằng loại mực bốc hơi dưới hiệu ứng cảm quang. Ban đầu loại mực in này chỉ là một số hợp chất Acrylic cảm quang gọi là ABS nhưng nay đã có hàng ngàn loại mực in bốc hơi khác nhau bằng các chất liệu như nhựa, sứ hay kim loại.
Tại Triển lãm Quốc tế Công nghệ Chế tạo (IMTS) tổ chức trong tháng 9/2014 ở Chicago (Hoa Kỳ), công ty Local Motors trình diễn kỹ thuật in mẫu xe hơi đầu tiên đặt tên là Strati bằng loại máy in ngoài trời cỡ lớn gọi là BAAM thay cho loại máy in nhỏ đặt trong buồng kín chỉ để sản xuất các bộ phận hay chi tiết nhỏ. Chiếc xe được hoàn thành và chạy thử sau 6 ngày, trong đó công đoạn sản xuất bộ khung Strati kéo dài hai ngày, tốc độ in 40 cân mực mỗi giờ, và chất liệu mực in gồm 15% sợi carbon trộn trong 85% dung dịch cảm quang ABS.
Cánh tay robot trở thành chiếc máy In 3D.
Áp dụng kỹ thuật in robot để thi công công trình
Nhưng mới đây, công nghệ In 3D bắt đầu vượt ra ngoài khuôn khổ của các máy in để trực tiếp thực hiện công việc tại công trường xây dựng bằng sáng kiến sử dụng robot. MX3D, một công ty công nghệ In 3D tại Hà Lan đang tiên phong trong kỹ thuật mới này bằng việc triển khai dự án in toàn vẹn một cây cầu bằng thép khẩu độ 15m bắc qua một kinh đào tại thủ đô Amsterdam, tạo nên một nguyên mẫu cho phương pháp In 3D bằng các robot làm việc tự động theo phần mềm lập trình sẵn.
Trước đây để thực hiện một cây cầu tương tự người ta phải lắp ráp từng bộ phận đã đúc sẵn, bởi cho tới bấy giờ kỹ thuật In 3D mới chỉ sử dụng phương pháp thiêu kết từng lớp mỏng bột kim loại bằng tia laser, cho ra những cấu kiện nhỏ bên trong máy in mà cỡ lớn nhất thuộc thế hệ máy BAAM được dùng để chế tạo mẫu xe Strati. Cầu In 3D bằng robot ở Amsterdam là công trình phối hợp giữa kiến trúc sư Joris Laarman, công ty công nghệ in MX3D, công ty phần mềm Autodesk và công ty xây dựng Heijmans.
Bằng việc sử dụng các chất liệu kim loại từ sắt, thép không rỉ đến nhôm, đồng, thau, các cánh tay robot phối hợp liên tục để in ra các kết cấu phức tạp của cây cầu một cách dễ dàng, bắt đầu từ hai bờ tiến vào giữa cho đến khi chiếc cầu được nối liền. Các robot ngồi làm việc ngay trên phần kết cấu vừa hoàn tất như những người thợ chuyên nghiệp để cuối cùng cho ra cây cầu hiện đại biểu tượng cho công nghệ mới trong vòng hai tháng, tại một thành phố cổ kính 740 năm tuổi.
In 3D để tạo nên một cây cầu hay một công trình xây dựng không còn là câu chuyện của tiểu thuyết. Công nghệ mới đang rút ngắn thời gian, giảm bớt chi phí, tạo nên chất lượng tốt hơn, đẹp hơn, và gần như không có chất thải của vật liệu xây dựng hay giàn giáo. Tim Geurtjens, Giám đốc công nghệ tại MX3D nói rằng “điều khác biệt giữa công nghệ chúng tôi với kỹ thuật truyền thống là vượt ra bên ngoài khuôn khổ của máy in, thay vào đó những con robot sáu trục sẽ tạo nên những khả năng không giới hạn cho ngành xây dựng.
Một phương pháp in công trình kiến trúc.
Khởi đầu “kỹ nghệ in nhà” trong ngành xây dựng
Hà Lan cũng là nơi tiên phong triển khai công nghệ in công trình kiến trúc. Một dự án xây dựng nhà cao tầng bằng công nghệ In 3D có tên là “3D Print Canal House” thực hiện tại Amsterdam đã chính thức khởi công từ tháng 4/2014. Việc chuẩn bị cho dự án cao ốc này đã bắt đầu từ 2012 bao gồm thiết kế bản vẽ, nghiên cứu chế tạo vật liệu bê tông và sản xuất loại máy in ngoài trời. Mục đích cao nhất của nhóm nghiên cứu là tạo nên một khuôn mẫu mới cho ngành xây dựng, một thứ “kỹ nghệ in nhà”.
Trên thực tế “3D Print Canal House” không phải là kỹ nghệ in nhà đầu tiên nhưng là kỹ nghệ in tại chỗ ngay tại công trình mà mỗi kết cấu tại đó trở thành một thứ nguyên mẫu thông minh, tạo cơ sở dữ liệu cho các máy in in những ngôi nhà khác. Trước đó nhiều công ty Trung Quốc đã phát triển kỹ thuật In 3D dưới dạng panel xây dựng phổ thông tại các công trường rồi lắp ghép chúng lại thành những ngôi nhà. Công ty Winsun đã sản xuất ra loại máy in bê tông cao 6m để in ra những bức tường hay những kết cấu bằng loại mực bê tông khô nhanh và đem lắp ghép thành những kiểu nhà khác nhau, có nơi cao đến 5 tầng.
“Kỹ nghệ in nhà” bằng công nghệ In 3D đang trở thành một cơn sốt đầu tư. Công ty xây dựng Shanka tại Thụy Điển đang phối hợp với Đại học Loughborough tại Anh để phát triển loại robot in bê-tông nhằm chuẩn bị cho dự án xây dựng phức hợp những cao ốc tại Bảo tàng Tương lai ở Dubai. Một nhóm nghiên cứu khác do Giáo sư Neri Oxman và đồng nghiệp tại phòng thí nghiệm Media Lab thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cũng đang sản xuất các loại robot khác nhau nhằm đảm trách việc In 3D cho các công trình xây dựng.
Trong khi đó Behrokh Khoshnevis tại Đại học Nam California (USC) triển khai loại robot In 3D có khả năng sử dụng các nguyên liệu ngay tại chỗ để xây dựng công trình. Tiến sĩ Khoshnevis đang làm việc với Cơ quan Hàng không và Không gian Hoa Kỳ (NASA) để có thể đem loại robot xây dựng này lên không gian, thực hiện các công trình kiến trúc trên Mặt trăng và Sao hỏa bằng chính nguồn nước và vật liệu có sẵn tại đó, thay vì phải vận chuyển vật liệu đến từ Trái đất.
Với việc đón nhận làn sóng công nghệ In 3D, ngành xây dựng đang tạo nền tảng để tiến vào thời kỳ kỹ nghệ 4.0 với việc bổ sung Cảm biến, Robot và những Máy In 3D thành lực lượng lao động chính bên cạnh con người. Người ta sẽ sớm thấy những robot như những cỗ máy thông minh xuất hiện trên các công trường và hoạt động độc lập nhờ liên lạc máy-nối-máy (M2M), kết nối chúng thành những đám mây dữ liệu thống nhất đồng bộ từ thiết kế, cung ứng vật tư, sản xuất vật liệu, in kết cấu và hoàn thiện công trình.
Nguồn: Tổng hội XD
