התפתחות הדפסה תלת מימדית בבנייה

המסע של ייצור תוספת בהנדסה אזרחית מתחיל עם ניסיון מוקדם בשנות ה-80, כאשר סטראוליתוגרפיה הפגינה לראשונה בדיגה שכבתית-על-ידי-שכבות.מגזר הבנייה אימצה בתחילה הדפסה תלת-ממדית עבור הסתברות מהירה, ייצור מודלים בקנה מידה וצורה של לעגנים.עד אמצע שנות ה-2000, התקדמות במערכות של חדירה בקנה מידה גדול אפשרה הדפסה של רכיבי בניין מלאים.

חברת Core Technologies: ייצור תוספתי בבנייה

הדפסה מבוססת Extrusion

השיטה הנפוצה ביותר להדפסה תלת-ממדית קונקרטית משתמשת ב-gantry רובוטי או זרוע רובוטית שרוטטת חומר מלטיטיבי באמצעות נושלה.חומר מופקד בשכבות מבוקרות הממזגות ללא מפרקים קרים.

אבקת Bed Fusion ו-Binder Jetting

מערכות מבוססות אבקה ליישם כבל נוזלי לשכבת דקה של אבקה (sand, קרמיקה או גיאופודמר), חלקיקים מסובכים באופן סלקטיבי כדי ליצור גיאוגרפיות מורכבות.שיטות אלה לייצר רכיבים ברזולוציה גבוהה אבל דורשות טיפול תרמי לאחר עיבוד כדי להשיג כוח מבני.

נשק רובוטי

נשקים רובוטיים תעשייתיים (למשל, KUKA, ABB) מצוידים ב-Extruders מיוחדים מציעים שישה צירים חופש להדפיס צורות לא מתוכננות, גפנים, מבנים מעוקלים ללא חומר תמיכה. גמישות זו היא ערך עבור חזיתות אדריכלית ואלמנטים גשר מותאם אישית.

היתרונות העיקריים של נתונים בתעשייה

היתרונות של הדפסה תלת-ממדית בהנדסה אזרחית אינם רק תיאורטיים; הם מגובים על ידי תוצאות הפרויקט.

  • (FLT:0) ייצור פסולת אווירי: FLT:1) בנייה מסורתית מייצרת 10-15% פסולת בשל חיתוך- offs והזמנות יתר. ייצור אדקטיבית משתמש רק החומר הנדרש, חיתוך פסולת ל מתחת 3% בפרויקטים המודפסים ביותר. מחקר על ידי אוניברסיטת שטוטגרט הראה ירידה של 60% בשימוש בחומר עבור עמודה מודפסת 3D בהשוואה למקבילה קונקרטית מוגברת.
  • (ב) בית יחיד טיפוסי לוקח ארבעה עד שישה שבועות עם שיטות קונבנציונליות.ד. 3D הדפסה יכול להפחית את שלב הפגז מבני עד יומיים.בית משותף טיפוסי של קומה אחת לוקח ארבעה עד שישה שבועות עם שיטות קונבנציונליות.
  • (FLT:0)עיצוב החירות:BuildFLT:1 , קירות מחוסנים, צורות אורגניות, מבנים טופולוגיה-אופטימיים הדורשים יצירת צורה יקרה או תבניות ממותרות CNC מיוצרים ללא עלות נוספת.זה מאפשר למהנדסים לייעל נתיבי עומס ולצמצם את המסה החומרית.
  • (FLT:0) Total Cost Savingssib: FLT:1 בעוד ציוד מדפסת הוא הון-אינסטנסיבי, חיסכון של 40-60% וחיסכון חומרי של 30–50% לעתים קרובות מסיט את ההשקעה הראשונית עבור פרויקטים מעל 1,000 מ"ר. דו"ח על ידי דלויט העריך את עלות מחזור החיים של 25–40% עבור רכיבי תשתית בקנה מידה גדול.

יישומים ברחבי הנדסה אזרחית Spectrum

מגורים ובניינים מסחריים

קירות שלמים, יסודות ומערכות חלוקה מודפסים באתר או כפאנלים prefabricated.ICON 'House Zero' באוסטין, טקסס, תכונות מודפסות קירות פנימיים וחיצוניים עם רדיפת כלים משולבים.הגישה משכנעת במיוחד לדיור סביר במקומות מרוחקים שבהם עלויות העבודה וההובלת התחבורה גבוהות.

גשרים וכבישים Pedestrian Walkways

גשר הפלדה MX3D באמסטרדם, מודפס על ידי שישה-אקים רובוטים ונטבע מפלדת אל-חלד, מדגים ייצור תוספת של מתכת מבנית.גשרי הולכי רגל הודפסו על ידי COBOD ו- WeBuild באירופה, עם אורכו של עד 30 מטרים.The FLT:0MX3D BridgeFve:1 כולל חיישנים מוטבעים עבור ניטור בריאות מבני בזמן אמת.

תיקון תשתיות ו חלקי מכס

הדפסה תלת מימדית עולה על ייצור רכיבי תיקון לא סטנדרטיים עבור תשתיות ההזדקנות.מתאים לניקוז, שמירה על בלוקים קיר, כיסויי חור אדם ניתן להדפיס על הביקוש, צמצום זמני מוביל משבועות עד שעות. ביפן, פלחי בטון מודפס שימשו כדי לשחזר את קירות הים עם ריפוי מורכב.

מודלים אדריכליים וצורות

מדפסת חול בקנה מידה גדול לייצר מודלים אדריכליים מפורטים לבדיקת מנהרות רוח ומצגות לקוח.בנוסף, טופס מודפס תלת-ממדי עבור אלמנטים קונקרטיים מותאמים אישית (למשל, לוחות גלימה, קליפות חצות) מאפשר לאדריכלים ליישם גיאוגרפיות מורכבות ללא נגרות מסורתית.

מחקרים מצביעים על השפעה אמיתית בעולם

מערכת וולקנית של אייקון באמריקה הלטינית

שותף עם ארגונים ללא כוונת רווח לדפוס 50 בתים במקסיקו הכפרי באמצעות מדפסת וולקן II שלהם.כל בית 500 רגל מרובע הודפס בתוך 24 שעות עם סקרים מקור מקומי.פוסט-כיבוש הצביעו על יציבות טמפרטורה פנימית וחיסכון בעלויות של 35% בהשוואה לבניית מעונות מסורתית.

COBOD BOD2 באירופה

מדפסת BOD2 של COBOD יצרה בניין בן שלוש קומות בקופנהגן, דנמרק, עם קירות מודפסים ודוכסים משולבים חיזוק.הפרויקט השיג מהירות הדפסה של 100 ס"מ לשנייה ושמר הסמכה מבנית תחת קודי בניין אירופיים.

גשר פלדה MX3D

גשר הולכי רגל 12 מטר באמסטרדם של אודיזיג'ד של אמסטרדם Achterburgwal הודפס על ידי שישה צירים רובוטים באמצעות קשת מתכת גז.בדיקה חשפה יכולת רבת ערך העולה על דרישות עיצוב עד 40%, ואת העיצוב האורגני של הגשר מקטין חומר על ידי 60% יחסית לרי פלדה קונבנציונליים.

אתגרים העומדים בפני הרחבה

חומרים Constraints

בטון מודפס הנוכחי לעתים קרובות חסר חיזוק סיבים או דורש תוספים קנייניים כדי להשיג התנגדות slump ואת ההדפסה. פלדה אינטגרציה נשאר קשה; כמה גישות הדפסה ריקות עבור ברים לאחר לחץ דם או להשתמש סיבים מודפסים, אבל בדיקות כוח חוב להראות גמישות. Geopolymers ומלטים מבוססי מגנזיום מציעים טביעות פחמן נמוכות יותר אבל יש עלייה איטית יותר כוח.

תעריפים והגבלות

מדפסות גניטרי דורשות טביעת רגל יציבה שיכולה להיות גדול יותר מהמבנה שנבנה, הגבלת יישומים באתרים עירוניים מחוסנים.זרועות רובוטיות ניידות יש טווח מוגבל (בדרך כלל 3-4 מטרים), מה שהופך הדפסה רב קומות תלוי בהגדרה מחוספסת על ידי קבינט.דפסת גשר לעתים קרובות דורש prefabrication in מתקנים מבוקרים, צמצום היתרונות באתר.

בניית קודים והסמכת

רוב קודי הבנייה כתובים עבור שיטות בנייה קונבנציונליות.אישור עבור מבנים מודפסים 3D לעתים קרובות דורש מחקרים שוויוניים, בדיקות ביצועים וסקירה עמיתים. מועצת הקוד הבינלאומית (ICC) יזמה פיתוח סטנדרטים (למשל, AC509), אך אימוץ אינו אחיד על פני תחומי שיפוט.ביטוח תחת מכונות נשאר זהיר, וכמה פרויקטים דורשים מעקב מבני צד שלישי.

עלויות אנרגיה וציוד

מדפסת תעשייתית לצרוך 20-40 קילוואט במהלך המבצע.מחיר הרכישה של מדפסת בפורמט גדול עולה על $ 300,000, עם עלויות נוספות עבור תחבורה, הכנת אתר, וטיפול בחומרים. עבור פרויקטים קטנים, את ההנצחה של הציוד עשוי לפסול חיסכון בעבודה.

יכולת וטביעת רגל סביבתית

הדפסה תלת-ממדית יכולה להפחית את טביעת הרגל של פחמן של בנייה ב -30-50% באמצעות שימוש בחומר נמוך יותר, חיסול עץ טפסים, וצמצום התחבורה של רכיבים כבדים.הטכנולוגיה מאפשרת גם שימוש בחומרים מבזבזי פסולת: קנסות מרוסקים, זבוב אפר, ומצטברות זכוכית ממוחזרות כבר נסחפו בהצלחה לתוך מרגמות הדפסה.

עם זאת, עוצמת האנרגיה של הדפסה ופחמן הפחמן המוטבע של תערובת מלטיבית מהירה חייב להיות מופקד.ערכת מחזור החיים מראה כי היתרונות נטו חיובי כאשר חיסכון חומרי עולה על 25%, סף כי רוב עיצובים אופטימיזציה נפגשו.היכולת להדפיס טפסים עם בידוד משולב ואוורור ערוצים עוד יותר משפר ביצועים אנרגיה תפעולית.

תחזית עתיד: לקראת בנייה אוטונומית

חומרים חכמים

בטון עצמי של השתקפות עצמית המכיל חיידקים מלוכדים או פולימרים בצורת-זיכרון הם מותאמים להדפסה תלת-ממדית.חומרים אלה יכולים לתקן באופן אוטונומי סדקים יזמו על ידי מחזורי תרמיים או טעינה.שלב חומרים המשולבים בקירות מודפסים יכול לנהל טמפרטורות בתוך פאסיביות.

הדפסה באתר ללא סקאלה

מדפסות טיפוס שעולה ככל שכל סיפור הושלם הן בפיתוח על ידי כמה סטארט-אפים.מערכות אלה יימנעו את הצורך ב cranes חיצוניות ופיסול, המאפשר בנייה מהירה של בניינים באמצע המגדל. אב-טיפוס מאוניברסיטת נאנטס הודפס מגדל בן שלוש קומות עם מטפס גנגנטרי בקצב של קומה אחת ביום.

אינטגרציה עם BIM ו-AI

בניית מודלים של מידע (BIM) זרימת עבודה יכול לייצר כליפטים מדפסת ישירות ממודלים אדריכליים, הפחתת שגיאות תרגום נתונים. אלגוריתמים בינה מלאכותית אופטימיזציה רצפי הדפסה למזער ⁇ s תרמיים, זמני קירור שכבתיים, ודרישות מבנה תמיכה.FLT:0AutodeskFLT:1 פיתחה plugins כי תפר נתונים BIM לבקרי רובוטיים, המאפשרים חלקה דיגיטלית-toal בנייה.

Off-Site Prefabricationcation ו- Modularization

המודל העסקי היעיל ביותר לטווח קצר עשוי להיות prefabricating לוחות מודפסים גדולים בהגדרות המפעל, ולאחר מכן מחלחל אותם באתר עם crane ו- raging. גישה זו משלבת את הדיוק של הדפסה תלת מימדית עם המהירות של בנייה מודולרית. אימוץ מוקדם מדווחים 30% זמן ירידה בהשוואה הדפסה באתר לבד.

מסקנה

הדפסה תלת-ממדית עברה מעבר להוכחות ניסיוניות-of-of-תפיסה ליישומים הנדסיים אזרחיים מעשיים המספקים הטבות למדידה ביעילות חומרית, מהירות בנייה, וחירות עיצובית, בעוד אתגרים של הסמכה חומרית, בקנה מידה, והשגת קוד נשארים, התקדמות מתמשכת במערכות רובוטיות וכימיה קונקרטית פותרים את צווארי הבקבוק הקריטיים ביותר.מהנדסים ששילוב של תוספת ייצור לתוך עיצובם ותהליכי הבנייה שלהם, ירוויחו יתרונות תחרותיים בעלות, קיימות, וקיבולת של העשור הבא תהיה סבירה.