Bước tiến mới của công nghệ in 3D trong ngành xây dựng
Công nghệ in 3D đang mở ra nhiều giải pháp mới cho ngành xây dựng, đặc biệt trong bối cảnh chi phí nhà ở ngày càng tăng và nguồn nhân lực trong ngành ngày càng khan hiếm. Tại Mỹ, nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Maine đã phát triển một hệ thống in 3D polymer khổng lồ có khả năng chế tạo các module nhà ở chỉ trong thời gian rất ngắn. Công nghệ này được kỳ vọng có thể giúp giải quyết bài toán nhà ở giá rẻ, đồng thời thay đổi cách các công trình dân dụng được xây dựng trong tương lai.
Hệ thống in 3D này được phát triển tại Trung tâm Vật liệu Composite và Cấu trúc Cao cấp (ASCC) của Đại học Maine và được gọi là “Factory of the Future 1.0”. Đây là một trong những máy in 3D polymer lớn nhất từng được chế tạo, có khả năng in các cấu trúc xây dựng với quy mô lớn và tốc độ sản xuất rất cao.
Đầu tư chiến lược: Đội ngũ kỹ sư tại Vinnotek luôn sẵn sàng phân tích và thiết kế quy trình in 3D bám sát yêu cầu thực tiễn của doanh nghiệp bạn.
Công nghệ in 3D polymer quy mô lớn
Hệ thống máy in 3D xây dựng khổ cực lớn
Máy in 3D do nhóm nghiên cứu tại Đại học Maine phát triển có kích thước rất lớn, cho phép in các vật thể dài tới gần 30 mét, rộng gần 10 mét và cao hơn 5 mét. Với quy mô này, hệ thống có thể tạo ra các cấu trúc nhà ở hoặc module xây dựng trong thời gian ngắn.
Tốc độ in của máy hiện đạt khoảng 227 kg vật liệu mỗi giờ và nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu nâng lên 454 kg mỗi giờ trong tương lai. Nếu đạt được tốc độ này, toàn bộ cấu trúc của một ngôi nhà có thể được in hoàn chỉnh chỉ trong khoảng 48 giờ, nhanh hơn rất nhiều so với các phương pháp xây dựng truyền thống.
Vật liệu in từ gỗ tái chế và nhựa sinh học
Khác với nhiều dự án in 3D nhà ở sử dụng bê tông, công nghệ của ASCC sử dụng vật liệu polymer kết hợp với sợi gỗ tái chế. Nguồn vật liệu gỗ được thu thập từ các phụ phẩm của nhà máy cưa địa phương, giúp tận dụng nguồn tài nguyên sẵn có và giảm lãng phí trong ngành công nghiệp gỗ.
Sự kết hợp giữa sợi gỗ và nhựa sinh học giúp tạo ra vật liệu vừa bền chắc vừa thân thiện với môi trường. Ngoài ra, khi công trình không còn sử dụng, các bộ phận của ngôi nhà có thể được nghiền nhỏ để tái sử dụng cho các sản phẩm in 3D khác.
Nghiên cứu tình huống:
- Các nhà khoa học MIT in 3D đồ nội thất bằng kim loại lỏng chỉ trong vài phút nhờ hạt thủy tinh.
- Ranh giới tốc độ tạo hình đang bị phá vỡ qua tin tức “Công nghệ in 3D siêu tốc tạo vật thể chỉ trong 0,6 giây”.
BioHome3D – Ngôi nhà in 3D hoàn chỉnh đầu tiên từ gỗ
Dự án thử nghiệm nhà in 3D 100% từ sợi gỗ
Để chứng minh tính khả thi của công nghệ, nhóm nghiên cứu đã giới thiệu dự án BioHome3D vào cuối năm 2022. Đây là một ngôi nhà diện tích khoảng 55 m² được in hoàn toàn bằng vật liệu từ sợi gỗ và nhựa sinh học.
Điểm đặc biệt của BioHome3D là toàn bộ cấu trúc của ngôi nhà, bao gồm tường, sàn và mái, đều được tạo ra bằng công nghệ in 3D. Điều này khác với nhiều dự án nhà in 3D bằng bê tông, vốn chỉ in phần tường còn các cấu trúc khác vẫn phải thi công theo phương pháp truyền thống.
Quy trình sản xuất module và lắp ráp tại công trường
Thay vì in trực tiếp tại công trường, các module của BioHome3D được sản xuất sẵn trong nhà máy tại Đại học Maine. Sau khi hoàn thành, các bộ phận được vận chuyển đến công trường và lắp ráp thành ngôi nhà hoàn chỉnh.
Phương pháp này giúp giảm đáng kể sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Trong khi các hệ thống in bê tông thường phải hoạt động trực tiếp tại công trường và dễ bị gián đoạn bởi mưa hoặc tuyết, việc sản xuất module trong môi trường kiểm soát giúp quá trình xây dựng ổn định và nhanh chóng hơn.
Những thách thức trong công nghệ in nhà 3D
Vấn đề xử lý vật liệu ở tốc độ cao
Dù đạt được nhiều kết quả tích cực, công nghệ in 3D nhà ở vẫn đối mặt với một số thách thức kỹ thuật. Việc xử lý vật liệu gỗ ở tốc độ cao có thể gây ra tình trạng tắc nghẽn trong hệ thống in.
Trong quá trình in BioHome3D, nhóm nghiên cứu đã gặp phải sự cố khi mùn gỗ tích tụ trong hệ thống, khiến máy in phải tạm dừng hoạt động. Đây là vấn đề đang được các kỹ sư tiếp tục cải tiến để đảm bảo hệ thống vận hành ổn định hơn.
Các tiêu chuẩn xây dựng và quy định pháp lý
Một thách thức khác của công nghệ này là việc đáp ứng các tiêu chuẩn xây dựng hiện hành. Các công trình nhà ở phải tuân thủ nhiều quy định về an toàn, kết cấu và hạ tầng kỹ thuật, vì vậy công nghệ in 3D cần được kiểm chứng và tiêu chuẩn hóa trước khi áp dụng rộng rãi.
Do đó, in 3D hiện chưa thể thay thế hoàn toàn các phương pháp xây dựng truyền thống, nhưng có thể trở thành giải pháp bổ trợ hiệu quả trong nhiều dự án nhà ở.
Gợi ý cho doanh nghiệp:
- Lộ trình đào tạo nguồn nhân lực làm chủ Công nghệ in 3D cho nhà máy quy mô vừa và lớn.
- Quyết định Mua máy in 3D công nghiệp từ Vinnotek không chỉ là mua máy móc, mà là sở hữu cả hệ sinh thái kỹ thuật hỗ trợ.
Tương lai của in 3D trong ngành xây dựng
Hướng phát triển công nghệ nhà in 3D
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Maine đang tiếp tục cải tiến hệ thống để tích hợp các thành phần kỹ thuật như đường dây điện và hệ thống ống nước ngay trong quá trình in. Nếu thành công, công nghệ này có thể giúp rút ngắn đáng kể thời gian thi công và giảm chi phí xây dựng.
Ứng dụng cho các dự án nhà ở xã hội
Dự án lớn tiếp theo của ASCC là xây dựng một khu dân cư gồm chín ngôi nhà dành cho người vô gia cư. Nhóm nghiên cứu đang hợp tác với một tổ chức phi chính phủ địa phương để thiết kế dự án và dự kiến bắt đầu quá trình in vào năm 2025.
Nếu dự án này thành công, công nghệ in 3D nhà ở có thể trở thành một giải pháp hiệu quả để cung cấp nhà ở nhanh chóng, bền vững và chi phí thấp cho cộng đồng.
