تاثیر چاپ 3D بر روش های ساخت و ساز عمران

تکامل چاپ 3D در ساخت و ساز

سفر تولید افزودنی در مهندسی عمران با آزمایش های اولیه در دهه ۱۹۸۰ آغاز می شود، زمانی که استریولیتوگرافی برای اولین بار لایه به لایه ساخت نشان داد، بخش ساخت و ساز در ابتدا چاپ سه بعدی را برای نمونه سازی سریع، تولید مدل های مقیاس و شکل دادن به قطعات چاپ شده در اواسط سال ۲۰۰۰، پیشرفت در سیستم های بزرگ اکستروژن باعث شد چاپ قطعات ساختمان سازی کامل امروز، فن آوری لایه های کوچک، و حتی سیستم های قابل سکونت قابل سکونت با سرعت های قابل سکونت با سرعت های دیواری قابل سکونت 10 میلیمتری بالا، و حتی بخش های قابل سکونت را به عنوان بخش های قابل سکونت ارائه دهد.

تکنولوژی های رانندگی با تولید افزودنی در ساخت و ساز

چاپ مبتنی بر | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

رایج ترین روش برای چاپ بتن 3D از یک مواد ساختگی یا رباتیک پاک کننده آرمینگ از طریق یک نازل استفاده می کند.این ماده در لایه های کنترل شده که بدون مفاصل سرد ترکیب می شوند، ذخیره می شود.

پودر Bed Fusion و Binder Jetting

سیستم های مبتنی بر پودر یک اتصال مایع را به لایه نازک پودر (و، سرامیک، یا ژئوپلیپلیترو) اعمال می کنند، به طور انتخابی ذرات را برای ایجاد هندسه های پیچیده ایجاد می کنند، این روش ها اجزای با وضوح بالا تولید می کنند، اما نیاز به درمان حرارتی پس از پردازش برای دستیابی به قدرت ساختاری دارند.

نام بازی : Robotic Arm Deposition

سلاح های رباتیک صنعتی (به عنوان مثال، KUKA، ABB) مجهز به باندهای تخصصی ارائه آزادی شش محور برای چاپ اشکال غیر برنامه ریزی، بیش از حد و ساختارهای منحنی بدون مواد پشتیبانی است.این انعطاف پذیری برای نماهای معماری و عناصر پل سفارشی ارزشمند است.

مزایای کلیدی پشتیبانی شده توسط صنعت داده

مزایای چاپ سه بعدی در مهندسی عمران صرفا نظری نیست؛ آنها با نتایج پروژه پشتیبانی می شوند.

• کاهش ضایعات مواد: ساخت و ساز سنتی تولید 10 تا 15٪ زباله به دلیل برش و بیش از سفارش تولید افزودنی فقط مواد مورد نیاز، برش زباله به کمتر از 3٪ در اکثر پروژه های چاپی. A مطالعه توسط دانشگاه اشتوتگارت نشان داد 60٪ کاهش در استفاده از مواد برای یک ستون 3D چاپ شده در مقایسه با یک بتن تقویت شده است.
• سرعت ساخت: یک خانه تک طبقه معمولی چهار تا شش هفته با روش های معمول طول می کشد. پرینت 3D می تواند فاز پوسته ساختاری را به کمتر از دو روز کاهش دهد. Apis کور خانه در روسیه در 24 ساعت در سایت چاپ شد.
• طراحی آزادی: دیوارهای منحنی، اشکال ارگانیک، و ساختارهای بهینه سازی شده توپولوژی که نیاز به فرم های گران قیمت یا قالب های آسیاب شده CNC بدون هیچ هزینه اضافی تولید می شود، این مهندسان را قادر می سازد تا مسیرهای بار را بهینه سازی کنند و توده مواد را کاهش دهند.
• مجموع صرفه جویی هزینه: در حالی که تجهیزات چاپگر سرمایه فشرده، پس انداز کار 40 تا 60٪ و صرفه جویی مواد 30-50٪ اغلب سرمایه گذاری اولیه برای پروژه های بیش از 1000 متر مربع را جبران می کند. A گزارش برآورد شده توسط Deloitte تخمین زده شده کاهش هزینه های زندگی 25 - 40٪ برای عناصر بزرگ زیرساخت.

برنامه های کاربردی در سراسر طیف مهندسی عمران

ساختمان های مسکونی و تجاری

کل دیوارها، پایه ها و سیستم های پارتیشن در محل چاپ شده و یا به عنوان پانل های پیش ساخته شده ICON در آستین تگزاس، ویژگی های دیوارهای داخلی و خارجی چاپ شده با تعقیب های ابزار یکپارچه، رویکرد به ویژه برای مسکن مقرون به صرفه در مکان های دور که در آن کار و هزینه حمل و نقل بالا است.

پل ها و پیاده روی های Pedestrian

پل فولادی MX3D در آمستردام، چاپ شده توسط ربات های شش محور و جوش داده شده از فولاد ضد زنگ، نشان می دهد تولید افزودنی برای فلز ساختاری. پل های پیاده بتن (FLT 1) شامل سنسورهای جاسازی شده برای نظارت بر سلامت واقعی است.

تعمیر و تعمیر زیرساخت و قطعات سفارشی

چاپ 3D در تولید قطعات تعمیر غیر استاندارد برای زیرساخت های پیری برتری دارد.دورهای زهکشی سفارشی، حفظ بلوک های دیوار و پوشش های سوراخ می تواند بر اساس تقاضا چاپ شود، کاهش زمان سرب از هفته ها تا ساعت ها.در ژاپن، بخش های بتنی چاپ شده برای بازگرداندن دیوارهای دریایی با انحنای پیچیده استفاده شده است.

مدل های معماری و فرم کار

پرینترهای بزرگ شن و ماسه مدل های معماری دقیق را برای آزمایش تونل باد و ارائه های مشتری تولید می کنند. علاوه بر این، 3D چاپ شده برای عناصر بتنی سفارشی (به عنوان مثال، تخته های waffle، پوسته های خسته کننده) به معماران اجازه می دهد تا هندسه های پیچیده را بدون استفاده از carpentry سنتی پیاده سازی کنند.

مطالعات موردی نشان دهنده تاثیر واقعی در جهان

سیستم های ماول در آمریکای لاتین

ICON با شرکت های غیر انتفاعی مسکن برای چاپ 50 خانه در مکزیک روستایی با استفاده از پرینتر Vulcan II خود همکاری کرد، هر خانه 500 فوت مربع در کمتر از 24 ساعت با بتن محلی منبع شده چاپ شد. Post-occupancy نشان داد که ثبات داخلی و صرفه جویی در هزینه 35٪ در مقایسه با ساخت و ساز سنتی ماسوناری.

COBOD BOD2 در اروپا

پرینتر BOD2 COBOD یک ساختمان سه طبقه در کپنهاگ، دانمارک، با دیوارهای چاپی و مجاری تقویت یکپارچه ایجاد کرد.این پروژه به سرعت چاپ 100 سانتی متر در ثانیه رسید و گواهینامه ساختاری تحت کدهای ساختمان اروپا را حفظ کرد.

پل فولاد MX3D

پل پیاده 12 متری در کانال اوودز آتربرگوال آمستردام توسط شش ربات محور با استفاده از جوشکاری قوس فلزی گاز چاپ شد. تست نشان داد ظرفیت بارگیری بار بیش از الزامات طراحی تا 40٪ و طراحی ارگانیک پل مواد را 60٪ نسبت به یک آتش بس فولاد معمولی کاهش می دهد.

چالش های در برابر گسترده سازی

ویژگی های Material Constraints

بتن های چاپی فعلی اغلب فاقد تقویت فیبر یا نیاز به مواد افزودنی اختصاصی برای دستیابی به مقاومت در برابر رکود و قابلیت چاپ. فولاد تقویت کننده سخت است؛ برخی از رویکردهای چاپ برای میله های پس از تنش یا استفاده از فیبرهای چاپی، اما تست های قدرت پیوند نشان می دهد تنوع.

مقیاس و محدودیت های حمل و نقل

پرینترهای لایه ای نیاز به یک رد پای ثابت دارند که می تواند بزرگتر از ساختار ساخته شده باشد، محدود کردن برنامه های کاربردی در سایت های شهری پیچیده، بازوهای رباتیک موبایل دسترسی محدودی دارند (معمولا 3 تا 4 متر)، ساخت چاپ چند طبقه وابسته به بازنشر مجدد با کمک جرثقیل.

ساخت کد ها و گواهینامه ها

اکثر کدهای ساختمانی برای روش های ساخت و ساز متعارف نوشته شده اند. تصویب ساختارهای پرینت سه بعدی اغلب نیازمند مطالعات همسان، تست عملکرد و بررسی همتا است. شورای بین المللی کد (ICC) توسعه استانداردها را آغاز کرده است (به عنوان مثال AC509)، اما پذیرش در سراسر حوزه قضایی غیر قانونی است.

مصرف انرژی و تجهیزات هزینه

پرینترهای صنعتی 20 تا 40 کیلووات در طول عملیات مصرف می کنند.قیمت خرید یک پرینتر بزرگ بیش از 300 هزار دلار است، با هزینه های اضافی برای حمل و نقل، آماده سازی سایت و رسیدگی به مواد.

پایداری و ردپای زیست محیطی

چاپ 3D می تواند رد پای کربن ساخت را 30 تا 50٪ از طریق استفاده از مواد پایین تر، حذف چوب فرم کار، و کاهش حمل و نقل از اجزای سنگین، این تکنولوژی همچنین استفاده از مواد مشتق شده از زباله را کاهش دهد: خرد بتن خرد شده، پرواز به عنوان ساعت، و جمع آوری شیشه بازیافت شده با موفقیت به چاپ ملاس های قابل چاپ در [FLT: علم مستقیم [2] انتشار کربن بازیافت شده با کاهش قدرت سیمان نشان می دهد.

با این حال، شدت انرژی چاپ و کربن تجسم شده از مخلوط های سریع سیمان باید فاکتور شود.ارزیابی چرخه زندگی نشان می دهد که سود خالص مثبت است زمانی که پس انداز مواد بیش از 25٪ است، آستانه ای که اکثر طرح های بهینه شده با آن مطابقت دارند. توانایی چاپ اشکال با عایق یکپارچه و کانال های تهویه بیشتر عملکرد انرژی عملیاتی را افزایش می دهد.

آینده چشم انداز: به سوی ساخت و ساز مستقل

SmartPrint Materials

بتن های خود شفا دهنده حاوی باکتری های کپسوله یا پلیمرهای شکل برای چاپ 3D سازگار هستند، این مواد می توانند به طور خودکار ترک های شروع شده توسط چرخه های حرارتی یا بارگذاری فاز تغییر یکپارچه در دیوارهای چاپی را تعمیر کنند.

دانلود زیرنویس فارسی فیلم On-Site Print بدون Scaffolding

بالا بردن پرینتر که به عنوان هر داستان تکمیل شده است توسط چندین استارتاپ در حال توسعه است، این سیستم ها از نیاز به جرثقیل های خارجی و داربست جلوگیری می کنند، ساخت سریع ساختمان های نمونه اولیه متوسط را امکان پذیر می کنند. A از دانشگاه نانت یک برج سه طبقه با یک صعود gantry در یک نرخ یک طبقه در روز چاپ کرد.

ادغام با BIM و AI

ساخت اطلاعات مدل سازی (BIM) گردش کار می تواند ابزار چاپگر را به طور مستقیم از مدل های معماری، کاهش خطاهای ترجمه داده ها، الگوریتم های هوش مصنوعی توالی های چاپ را برای به حداقل رساندن گرادیان حرارتی، زمان خنک کننده لایه و پشتیبانی از الزامات ساختار، بهینه سازی کند. Autodesk [FLT 1] پلاگین هایی را توسعه داده است که داده های BIM را برای کنترل کننده های بازوی رباتیک، قادر به ساخت و ساز فیزیکی دیجیتال می کند.

حذف خارج از سایت و تنظیم

کارآمدترین مدل کسب و کار نزدیک ممکن است از پیش ساخت پانل های بزرگ چاپ شده در تنظیمات کارخانه، سپس جمع آوری آنها در محل با جرثقیل و پیچ و خم، این رویکرد ترکیبی از دقت چاپ 3D با سرعت ساخت و ساز ماژولار است.

نتیجه گیری

چاپ سه بعدی فراتر از اثبات تجربی در برنامه های مهندسی عمران عملی است که مزایای قابل اندازه گیری در کارایی مواد، سرعت ساخت و ساز و آزادی طراحی را ارائه می دهد، در حالی که چالش های صدور گواهینامه مواد، مقیاس و ساخت کد پذیرش باقی مانده است، پیشرفت های مداوم در سیستم های رباتیک و شیمی بتن حل و فصل مهم ترین تنگناها مهندسان که ادغام تولید افزودنی به طراحی و گردش کار خود را به دست آوردن مزایای رقابتی در یک محیط زیست استاندارد پذیرفته شده است - به احتمال زیاد یک محیط زیست هندسی بعدی را می بینند.