أثر الطباعة الثالثة على أساليب البناء الهندسية المدنية

الهياكل الأساسية

3D printing excels at producing non-standard repair components for aging infrastructure. Custom drainage gratings, retaining wall blocks, and manhole covers can be printed on demand, reducing lead times from weeks to hours. In Japan, printed concrete segments have been used to restore seawalls with complex curvature.

النماذج والتشكيلات

وتنتج مطبوعات الرمل الكبيرة نماذج معمارية مفصلة لاختبار نفق الرياح والعروض المقدمة من العملاء، وبالإضافة إلى ذلك، فإن الشكل الثلاثي الأبعاد للعناصر الملموسة المصممة خصيصا (مثلا، صفائح الوافل، والقذائف المزروعة) يتيح للمهندسين المعماريين تنفيذ عمليات الهندسة المعقدة دون نجارة تقليدية.

دراسات الحالة التي تبين الأثر الحقيقي العالمي

نظام فولكان التابع للجنة الدولية في أمريكا اللاتينية

وشرك المركز الدولي للبناء في طباعة 50 منزلاً في ريف المكسيك باستخدام طابعة فولكان الثاني، وطبع كل بيت بطول 500 قدم في أقل من 24 ساعة مع خرسانة محلية المصدر، وأشارت الدراسات الاستقصائية لما بعد شغل الوظائف إلى استقرار درجة الحرارة الداخلية ووفورات في التكاليف بنسبة 35 في المائة مقارنة بالبناء التقليدي للمواشي.

COBOD BOD2 in Europe

وأنشأ طابعة BOD2 التابعة لشركة COBOD مبنى من ثلاث طوابق في كوبنهاغن، الدانمرك، به جدران مطبوعة وخناق تعزيز متكاملة، وحقق المشروع سرعة مطبوعة تبلغ 100 سنتيمتر في الثانية، وحافظ على شهادات هيكلية بموجب رموز البناء الأوروبية.

MX3D Steel bridge

وقد طبع جسر المشاة الذي يبلغ ١٢ مترا في قناة أمستردام في أمستردزيجدس أكتربرجوال بواسطة روبوتات من نوع ستاكسي باستخدام حامض القوس الغازي، وكشف الاختبار عن قدرة على الحمل تتجاوز متطلبات التصميم بنسبة ٤٠ في المائة، ويخفض التصميم العضوي للجسر المواد بنسبة ٦٠ في المائة مقارنة بخيوط الصلب التقليدية.

التحديات التي تواجه الانتشار الواسع النطاق

Constraints Materials

وكثيرا ما تفتقر الخرسانات الحالية القابلة للطباعة إلى تعزيز الألياف أو تحتاج إلى مضافات مستردة من أجل تحقيق مقاومة التنظيف والطابع، ولا يزال التكامل في تعزيز الصلب صعبا؛ وبعض النهوج تطبع الفراغات للحانات التي تلت فترة ما بعد التوتر أو تستخدم الألياف المطبوعة، ولكن اختبارات قوة السندات تظهر تفاوتا.

الحد من الميزان والنقل

وتتطلب طابعات الغنطية بصمة ثابتة يمكن أن تكون أكبر من الهيكل الذي يجري بناؤه، مما يحد من التطبيقات في المواقع الحضرية المكتظة، كما أن الأسلحة الآلية المتنقلة محدودة النطاق )من ٣ إلى ٤ مترات( مما يجعل الطباعة المتعددة المستودعات تتوقف على إعادة الترسيب بمساعدة الرافعات، وكثيرا ما يتطلب الطباعة من قبل المركبات في المرافق الخاضعة للمراقبة، مما يقلل من الفوائد في الموقع.

مدونات المباني والتصديقات

ومعظم رموز البناء مكتوبة لأساليب البناء التقليدية، وكثيرا ما يتطلب اعتماد الهياكل ذات الطباعة 3D إجراء دراسات التكافؤ، واختبار الأداء، واستعراض الأقران، وقد شرع مجلس المدونة الدولية في وضع المعايير (مثلا AC509)، ولكن التبني غير متكافئ في جميع الولايات القضائية، ولا يزال المدونون في التأمين حذرين، وتتطلب بعض المشاريع رصدا هيكليا من طرف ثالث.

استهلاك الطاقة وتكاليف المعدات

ويستهلك الطابعات الصناعية ٢٠-٤٠ كيلوواط أثناء التشغيل، ويتجاوز سعر شراء طابعة كبيرة الحجم ٠٠٠ ٣٠٠ دولار، مع تكاليف إضافية للنقل، وإعداد المواقع، والمناولة المادية، وبالنسبة للمشاريع الصغيرة، قد يعوض استهلاك المعدات وفورات في العمل.

الاستدامة وخطة الجذب البيئية

ويمكن للطباعة بواسطة 3D أن تقلل من البصمة الكربونية للبناء بنسبة 30 إلى 50 في المائة من خلال انخفاض استخدام المواد وإزالة الأخشاب الشكلية، وتخفيض نقل المكونات الثقيلة، كما أن التكنولوجيا تتيح استخدام المواد المزودة بالنفايات: الغرامات الملموسة المحطمة، والرماد، والمجاميع الزجاجية المعاد تدويرها قد تمت صياغتها بنجاح في مدافع هاون قابلة للطباعة.

غير أنه يجب مراعاة كثافة الطاقة في الطباعة والكربون المجسد للمزيجات السماوية السريعة الصنع، وتبين تقييمات دورة الحياة أن الفائدة الصافية إيجابية عندما تتجاوز المدخرات المادية 25 في المائة، وهي عتبة تفي بها أمثل التصميمات، كما أن القدرة على طباعة النماذج بالوسائل المتكاملة للعزل والتهوية تزيد من تعزيز أداء الطاقة التشغيلية.

التوقعات المستقبلية: نحو بناء مستقل

مواد الطباعة الذكية

ويجري تكييف الخرسانات ذاتية التلقيح التي تحتوي على البكتيريا المكبسة أو البوليمرات الشكلية لطباعة 3D، ويمكن لهذه المواد أن تصلح بشكل مستقل الشق التي تبدأها دورات الحرارة أو التحميل، ويمكن للمواد التي تُدمج في الجدران المطبوعة أن تُدير درجات الحرارة الداخلية بصورة سلبية.

الطباعة على الموقع دون الاختناق

ويجري حاليا تطوير مطبوعات التنظيف التي تُستكمل كل قصة بعدة مبتدئين، وستتجنب هذه النظم الحاجة إلى حفر وقطع خارجيين، مما يتيح سرعة تشييد مباني منتصف الأزمة، وقد طبع نموذج أولي من جامعة نانتس برجا من ثلاث طوابق مع مع ارتفاع معدل البدانة بمعدل طابق واحد في اليوم.

التكامل مع نظام بيم وشركة AI