กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 29 นาที

การพิมพ์ 3 มิติสำหรับงานก่อสร้าง

การพิมพ์ 3 มิติเพื่อการก่อสร้าง ( c3Dp ) หรือการพิมพ์ 3 มิติเพื่อการก่อสร้าง ( 3DCP ) หมายถึงเทคโนโลยีต่างๆ ที่ใช้การพิมพ์ 3...

การพิมพ์ 3 มิติสำหรับงานก่อสร้าง

ภาพระยะใกล้ของแขนเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่กำลังสร้างโครงสร้างในสถานที่ก่อสร้าง โดยใช้ดินในพื้นที่เป็นส่วนหนึ่งของวัสดุก่อสร้าง

การพิมพ์ 3 มิติเพื่อการก่อสร้าง ( c3Dp ) หรือการพิมพ์ 3 มิติเพื่อการก่อสร้าง ( 3DCP ) หมายถึงเทคโนโลยีต่างๆ ที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติเป็นวิธีการหลักในการผลิตอาคารหรือส่วนประกอบของการก่อสร้าง คำศัพท์อื่นๆ สำหรับกระบวนการนี้ได้แก่ "การก่อสร้างแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ" [ 1 ] [ 2 ] "คอนกรีต 3 มิติ" หมายถึงเทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปคอนกรีต ในขณะที่ระบบก่อสร้างหุ่นยนต์อัตโนมัติ (ARCS) การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุขนาดใหญ่ (LSAM) และการก่อสร้างแบบอิสระ (FC) หมายถึงกลุ่มย่อยอื่นๆ[ 3 ]

ในระดับงานก่อสร้าง วิธีการพิมพ์ 3 มิติหลักๆ ได้แก่การอัดขึ้นรูป ( คอนกรีต / ซีเมนต์ , ขี้ผึ้ง , โฟม , โพลิเมอร์ ), การยึดติดด้วยผง (การยึดติดด้วยโพลิเมอร์, การยึดติดด้วยปฏิกิริยา, การเผาผนึก ) และการเชื่อมแบบเติมแต่ง

จนถึงปัจจุบัน มีการสาธิตวิธีการต่างๆ มากมาย ซึ่งรวมถึงการผลิตอาคารและส่วนประกอบการก่อสร้าง ทั้งในสถานที่และ นอกสถานที่ โดยใช้ หุ่นยนต์อุตสาหกรรมระบบโครงเครนและยานพาหนะอัตโนมัติ แบบ มีสาย การสาธิตเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติสำหรับการก่อสร้าง ได้แก่ การผลิตที่อยู่อาศัย ส่วนประกอบการก่อสร้าง (แผ่นปิดผิวและแผ่นโครงสร้างและเสา) สะพานและโครงสร้างพื้นฐานทางแพ่งแนวปะการังเทียม สิ่งก่อสร้างประดับตกแต่ง และประติมากรรม[ 4 ] [ 5 ]

การพิมพ์คอนกรีต 3 มิติเป็นเทคโนโลยีเกิดใหม่ที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงการก่อสร้างอาคารและโครงสร้างพื้นฐานโดยการลดเวลา การใช้วัสดุ ความต้องการแรงงาน และต้นทุนโดยรวม ในขณะเดียวกันก็เพิ่มความยั่งยืนและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม แม้จะมีศักยภาพดังกล่าว เทคโนโลยีนี้ก็ยังเผชิญกับความท้าทายหลายประการ รวมถึงการพัฒนาและเพิ่มประสิทธิภาพของส่วนผสมวัสดุ การรับรองความสม่ำเสมอของกระบวนการและการควบคุมคุณภาพ การรักษาความสมบูรณ์และความทนทานของโครงสร้าง และการแก้ไขช่องว่างในกฎระเบียบและมาตรฐานอุตสาหกรรม[ 6 ]

ประวัติศาสตร์

วิลเลียม เออร์เชล

วิดีโอภายนอก
video iconการพิมพ์สามมิติในยุคแรก - วิดีโอประวัติศาสตร์เกี่ยวกับสิ่งประดิษฐ์ที่ได้รับการจดสิทธิบัตรโดย Urschel

ในปี พ.ศ. 2482 วิลเลียม เออร์เชล ได้สร้างอาคารคอนกรีตพิมพ์ 3 มิติแห่งแรกของโลกในเมืองวัลปาไรโซ รัฐอินเดียนา เออร์เชลจดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ด้านการก่อสร้างของเขาหลายรายการ และยังมีการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้การออกแบบโครงสร้างแบบลิ้นและร่อง อีกด้วย [ 7 ]

เทคโนโลยีการเพาะปลูก 1950–1995

การก่ออิฐด้วยหุ่นยนต์ได้รับการคิดค้นและสำรวจในช่วงทศวรรษ 1950 และการพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการก่อสร้างอัตโนมัติเริ่มขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 โดยใช้คอนกรีตแบบสูบและโฟมไอโซไซยาเนต[ 8 ]การพัฒนาการผลิตอาคารทั้งหลังโดยอัตโนมัติโดยใช้เทคนิคการขึ้นรูปด้วยสลิปและการประกอบชิ้นส่วนด้วยหุ่นยนต์ ซึ่งคล้ายกับการพิมพ์ 3 มิติ ได้รับการบุกเบิกในญี่ปุ่นเพื่อแก้ไขอันตรายจากการสร้างอาคารสูงโดยShimizuและHitachiในช่วงทศวรรษ 1980 และ 1990 [ 9 ]แนวทางแรกๆ เหล่านี้จำนวนมากในการทำงานอัตโนมัติในสถานที่ก่อสร้างล้มเหลวเนื่องจาก 'ฟองสบู่' การก่อสร้าง ความไม่สามารถตอบสนองต่อสถาปัตยกรรมใหม่ๆ และปัญหาของการป้อนและเตรียมวัสดุไปยังสถานที่ก่อสร้างในพื้นที่ที่มีการก่อสร้างหนาแน่น

พัฒนาการในช่วงแรก ปี 1995–2000

การพัฒนาและการวิจัยการพิมพ์ 3 มิติสำหรับการก่อสร้างในยุคแรกเริ่มได้ดำเนินมาตั้งแต่ปี 1995 มีการคิดค้นวิธีการสองวิธี วิธีหนึ่งโดย Joseph Pegna [ 10 ]ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ เทคนิคการขึ้น รูปทราย /ซีเมนต์โดยใช้ไอน้ำเพื่อเชื่อมวัสดุเป็นชั้นหรือส่วนที่เป็นของแข็งอย่างเลือกสรร แม้ว่าเทคนิคนี้จะไม่เคยมีการสาธิตก็ตาม

เทคนิคที่สองคือContour Craftingโดย Behrohk Khoshnevis ซึ่งเริ่มต้นจากการเป็นวิธีการอัดขึ้นรูปและขึ้นรูปเซรามิกแบบใหม่ เพื่อเป็นทางเลือกแทนเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติของพอลิเมอร์และโลหะที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ และได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1995 [ 11 ] Khoshnevis ตระหนักว่าเทคนิคนี้สามารถเหนือกว่าเทคนิคเหล่านี้ได้ เนื่องจาก "วิธีการปัจจุบันมีข้อจำกัดในการผลิตชิ้นส่วนที่มีขนาดโดยทั่วไปน้อยกว่าหนึ่งเมตรในแต่ละมิติ" ประมาณปี 2000 ทีมของ Khoshnevis ที่ USC Vertibi เริ่มมุ่งเน้นไปที่การพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่สำหรับงานก่อสร้างด้วยวัสดุซีเมนต์และเซรามิก โดยครอบคลุมและสำรวจการบูรณาการอัตโนมัติของการเสริมแรงแบบโมดูลาร์ ระบบประปาและไฟฟ้าในตัว ภายในกระบวนการก่อสร้างต่อเนื่องเดียว เทคโนโลยีนี้ได้รับการทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการเท่านั้นจนถึงปัจจุบัน และเป็นที่ถกเถียงกันและถูกกล่าวหาว่าเป็นพื้นฐานสำหรับความพยายามล่าสุดในประเทศจีน

รุ่นแรก ปี 2000–2010

ในปี 2003 รูเพิร์ต โซอาร์ ได้รับเงินทุนและก่อตั้งกลุ่มก่อสร้างแบบอิสระ (freeform construction group) ที่มหาวิทยาลัยลัฟโบโรห์ สหราชอาณาจักร เพื่อสำรวจศักยภาพในการขยายขนาดเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติที่มีอยู่สำหรับการใช้งานด้านการก่อสร้างในปี 2005 กลุ่มดังกล่าวได้รับเงินทุนเพื่อสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่สำหรับงานก่อสร้าง โดยใช้ส่วนประกอบสำเร็จรูป (เช่น เครื่องปั๊มคอนกรีต เครื่องพ่นคอนกรีต ระบบโครงยก) เพื่อสำรวจว่าส่วนประกอบดังกล่าวมีความซับซ้อนได้มากน้อยเพียงใด และสามารถตอบสนองความต้องการด้านการก่อสร้างได้อย่างสมจริงเพียงใด

ในปี พ.ศ. 2548 Enrico Dini จากอิตาลี ได้จดสิทธิบัตร เทคโนโลยี D-Shapeโดยใช้เทคนิคการพ่น/ยึดติดผงขนาดใหญ่ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ6 x 6 x 3 เมตร (20 ฟุต × 20 ฟุต × 10 ฟุต) [ 12 ] แม้ว่าเทคนิคนี้จะ ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกโดยใช้ระบบยึดติดด้วยเรซินอีพ็อกซี แต่ต่อมาได้มีการดัดแปลงให้ใช้สารยึดติดอนินทรีย์[ 13 ]เทคโนโลยีนี้ถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์สำหรับโครงการต่างๆ ในงานก่อสร้างและภาคส่วนอื่นๆ รวมถึงแนวปะการังเทียม[ 14 ]     

ในปี 2008 การพิมพ์คอนกรีต 3 มิติได้เริ่มต้นขึ้นที่มหาวิทยาลัย Loughboroughประเทศอังกฤษ โดยมี Richard Buswell และเพื่อนร่วมงานเป็นหัวหน้า เพื่อขยายงานวิจัยก่อนหน้านี้ของกลุ่มและมองหาการใช้งานเชิงพาณิชย์ โดยเปลี่ยนจากเทคโนโลยีแบบโครงสร้างคานไปสู่หุ่นยนต์อุตสาหกรรม[ 15 ]

รุ่นที่สอง ปี 2010–ปัจจุบัน

กลุ่มของ Buswell ประสบความสำเร็จในการให้สิทธิ์ใช้งานเทคโนโลยีหุ่นยนต์ดังกล่าวแก่ Skanska ในปี 2014 เมื่อวันที่ 18 มกราคม 2015 บริษัทได้รับความสนใจจากสื่อมวลชนจากการเปิดตัวอาคารสองหลังที่ผสานส่วนประกอบที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ได้แก่ วิลล่าสไตล์คฤหาสน์และอาคารสูงห้าชั้น[ 16 ] ในเดือนพฤษภาคม 2016 อาคารสำนักงานแห่งใหม่เปิดทำการในดูไบ ซึ่งเป็นพื้นที่ขนาด 250 ตารางเมตร (2,700 ตารางฟุต)ซึ่งพิพิธภัณฑ์แห่งอนาคตของดูไบยกย่องว่าเป็นอาคารสำนักงานที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติแห่งแรกของโลก[ 17 ] 

ในปี 2017 มีการประกาศโครงการสร้างตึกระฟ้าที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติในสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์[ 18 ] บริษัทก่อสร้าง Cazzaจะช่วยสร้างโครงสร้างดังกล่าว ปัจจุบันยังไม่มีรายละเอียดเฉพาะเจาะจง เช่น ความสูงของอาคารหรือตำแหน่งที่ตั้งที่แน่นอน[ 19 ]

FreeFAB Wax ซึ่งคิดค้นโดย James B Gardiner และ Steven Janssen ที่Laing O'Rourkeได้รับการพัฒนามาตั้งแต่เดือนมีนาคม 2013 [ 20 ] [ 21 ]เทคนิคนี้ใช้การพิมพ์ 3 มิติในระดับการก่อสร้างเพื่อผลิตแว็กซ์วิศวกรรมในปริมาณมาก (สูงสุด400 ลิตร/ชั่วโมง หรือ 110 แกลลอนสหรัฐ /ชั่วโมง ) เพื่อสร้างแม่พิมพ์พิมพ์ 3 มิติแบบ 'รวดเร็วและไม่ซับซ้อน' สำหรับคอนกรีตสำเร็จรูปคอนกรีตเสริมใยแก้ว (GRC) และวัสดุอื่นๆ ที่สามารถพ่น/หล่อได้ จากนั้นพื้นผิวการหล่อจะถูกกัดด้วยเครื่องกัด 5 แกน โดยกำจัดแว็กซ์ออกประมาณ5 มม. (0.20 นิ้ว)เพื่อสร้างแม่พิมพ์คุณภาพสูง (มีความหยาบของพื้นผิว ประมาณ 20 ไมโครเมตร (800 ไมโครนิ้ว)) [ 22 ]หลังจากบ่มแล้ว แม่พิมพ์จะถูกบดหรือหลอมละลาย โดยแว็กซ์จะถูกกรองและนำกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งช่วยลดของเสียได้อย่างมาก เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีแม่พิมพ์แบบดั้งเดิม ข้อดีของเทคโนโลยีนี้คือการผลิตแม่พิมพ์ที่รวดเร็ว ประสิทธิภาพการผลิตที่เพิ่มขึ้น ลดแรงงาน และการกำจัดของเสียโดยแทบไม่มีเลยผ่านการนำวัสดุกลับมาใช้ใหม่สำหรับแม่พิมพ์[ 23 ]ระบบนี้ได้รับการสาธิตครั้งแรกในปี 2014 โดยใช้หุ่นยนต์อุตสาหกรรม[ 24 ]ต่อมาระบบนี้ได้รับการปรับปรุงให้สามารถทำงานร่วมกับโครงสร้างแบบห้าแกนความเร็วสูงเพื่อให้ได้ค่าความคลาดเคลื่อนในการกัดพื้นผิวที่รวดเร็วตามที่ระบบต้องการ       

กองวิศวกรกองทัพบกสหรัฐฯ ศูนย์วิจัยและพัฒนาด้านวิศวกรรม นำโดยห้องปฏิบัติการวิจัยวิศวกรรมการก่อสร้าง (ERDC-CERL) ในเมืองแชมเปญรัฐอิลลินอยส์ เริ่มทำการวิจัยเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับการก่อสร้างแบบเคลื่อนย้ายได้ตั้งแต่เดือนกันยายน พ.ศ. 2558 โครงการนำร่อง Automated Construction for Expeditionary Structures (ACES) มุ่งเน้นไปที่การพิมพ์คอนกรีต 3 มิติ และครอบคลุมพื้นที่การวิจัยที่หลากหลาย รวมถึงระบบการพิมพ์ วัสดุคอนกรีตที่พิมพ์ได้ การออกแบบและการทดสอบโครงสร้าง และวิธีการก่อสร้าง โครงการ ACES ส่งผลให้เกิดการสาธิต 3 อย่าง ได้แก่ จุดควบคุมทางเข้า ค่ายทหารคอนกรีตเสริมเหล็กที่สร้างด้วยวิธีการพิมพ์ 3 มิติเป็นครั้งแรก และการพิมพ์โครงสร้างพื้นฐานทางพลเรือนและทางทหาร (แผงกั้น Jersey, กำแพง T, ท่อระบายน้ำ, บังเกอร์ และตำแหน่งการต่อสู้) ในการทดลองสนับสนุนการเคลื่อนที่ การบำรุงรักษา และการป้องกันของกองทัพบกสหรัฐฯ (MSSPIX) [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

ในปี 2017 ERDC CERL เริ่มทำงานร่วมกับนาวิกโยธินสหรัฐฯ ส่งผลให้มีการสาธิตการพิมพ์คอนกรีต 3 มิติครั้งแรกโดยบุคลากรทางการทหาร ซึ่งเป็นกระท่อมทหารที่เสริมโครงสร้างด้วยการพิมพ์คอนกรีต 3 มิติ[ 28 ] [ 29 ]สะพานที่พิมพ์ 3 มิติแห่งแรกในทวีปอเมริกา และการสาธิตการพิมพ์ด้วยหัวฉีดขนาด 76 มม. (3 นิ้ว) ครั้งแรก [ 30 ] [ 31 ]จากการทำงานนี้ ERDC และนาวิกโยธินสามารถทดสอบประสิทธิภาพโครงสร้างของชุดผนังคอนกรีตเสริมเหล็กที่พิมพ์ 3 มิติและคานสะพาน ความยืดหยุ่นของระบบการพิมพ์และวงจรการบำรุงรักษา การดำเนินการพิมพ์ที่ยาวนานขึ้น การอ้างว่าสร้างเสร็จภายใน 24 ชั่วโมง และพัฒนาวิธีการเสริมแรงและการก่อสร้างที่ใช้ได้ผลโดยใช้แนวปฏิบัติที่ยอมรับกันโดยทั่วไป[ 2 ] [ 32 ]  

MX3D Metal ซึ่งก่อตั้งโดย Loris Jaarman และทีมงาน ได้พัฒนาระบบการพิมพ์ 3 มิติแบบหุ่นยนต์ 6 แกน 2 ระบบ ระบบแรกใช้เทอร์โมพลาสติกที่ถูกอัดขึ้นรูป ซึ่งระบบนี้ช่วยให้สามารถผลิตลูกปัดรูปทรงอิสระที่ไม่เป็นระนาบได้ ระบบที่สองเป็นระบบที่อาศัยการเชื่อมแบบเติม (โดยพื้นฐานแล้วคือการเชื่อมจุดบนจุดเชื่อมก่อนหน้า) เทคโนโลยีการเชื่อมแบบเติมได้รับการพัฒนาโดยกลุ่มต่างๆ ในอดีต[ 33 ] MX3D ทำงานเกี่ยวกับการผลิตและการติดตั้งสะพานโลหะในอัมสเตอร์ดัมเป็นเวลา 6 ปี สะพานคนเดินและจักรยานที่สร้างเสร็จเปิดใช้งานในเดือนกรกฎาคม 2021 สะพานมีช่วงความยาว12 เมตร (40 ฟุต)และมีน้ำหนักสุดท้าย4,500 กิโลกรัม (10,000 ปอนด์)ทำจากเหล็กกล้าไร้สนิม[ 34 ]    

BetAbram เป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบอัดขึ้นรูปคอนกรีตแบบโครงสร้างคานเรียบง่ายที่พัฒนาขึ้นในสโลวีเนีย ระบบนี้วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ โดยมีให้เลือก 3 รุ่นสำหรับผู้บริโภคตั้งแต่ปี 2013 รุ่นที่ใหญ่ที่สุดสามารถพิมพ์วัตถุได้ถึงขนาด16 x 9 x 2.5 เมตร (52 ฟุต × 30 ฟุต × 8 ฟุต) [ 35 ] เครื่องพิมพ์ 3 มิติคอนกรีต Total Custom ที่พัฒนาโดย Rudenko เป็นเทคโนโลยีการวางคอนกรีตที่ติดตั้งในโครงสร้างคาน ระบบนี้มีผลผลิตคล้ายกับ Winsun และเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติคอนกรีตอื่นๆ อย่างไรก็ตาม มันใช้โครงสร้างคานแบบโครงถักน้ำหนักเบา[ 36 ]เทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้ในการสร้างปราสาทจำลองขนาดเล็กและห้องพักโรงแรมในฟิลิปปินส์[ 37 ] [ 38 ]     

บริษัท SPECAVIA ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองยาโรสลาฟล์ ประเทศรัสเซีย ได้เริ่มการผลิตเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับงานก่อสร้างในเชิงพาณิชย์แล้ว ในเดือนพฤษภาคม 2015 บริษัทได้เปิดตัวเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับงานก่อสร้างรุ่นแรกและประกาศเริ่มจำหน่าย

XtreeE บริษัทสัญชาติฝรั่งเศสที่ร่วมก่อตั้งในปี 2015 โดยทีมงานสหสาขาวิชาชีพตามโครงการวิจัยมหาวิทยาลัย DEMOCRITE ซึ่งเชื่อมโยง ENSA Paris‑Malaquais, Arts et Métiers ParisTech (PIMM/CNAM), ENSCI‑Les Ateliers และ Inria ได้พัฒนาระบบการพิมพ์คอนกรีตหลายองค์ประกอบที่ติดตั้งบนหุ่นยนต์อุตสาหกรรมหกแกน[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]

ตั้งแต่ปี 2015 XtreeE ได้ร่วมมือกับกลุ่มบริษัทก่อสร้างรายใหญ่ VINCI Construction ได้ร่วมก่อตั้งบริษัทและถือหุ้น และในปี 2021 LafargeHolcim France ได้กลายเป็นผู้ถือหุ้นหลัก Saint‑Gobain ผ่านทาง Point.P Travaux Publics ได้ร่วมมือในโครงการสาธารณะนำร่อง เช่น ระบบระบายน้ำฝนขนาด 5 ตันในพื้นที่เมืองลีลล์ และโครงสร้างทางเข้าท่อระบายน้ำ[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]

3DPrinthuset ซึ่งเป็นสตาร์ทอัพด้านการพิมพ์ 3 มิติของเดนมาร์ก ได้ขยายธุรกิจไปสู่ด้านการก่อสร้างด้วยบริษัทในเครือ COBOD International ซึ่งได้สร้างเครื่องพิมพ์แบบโครงสร้างคานขึ้นเองในเดือนตุลาคม 2560 [ 53 ]

SQ4D (เดิมชื่อ S-Squared 3D Printers Inc.) เป็นบริษัทผลิตเครื่องพิมพ์ 3 มิติ สำหรับงานก่อสร้าง ตั้งอยู่ในลองไอส์แลนด์รัฐนิวยอร์ก[ 54 ]ซึ่งผลิตเครื่องพิมพ์คอนกรีตขนาดใหญ่ที่เรียกว่าAutonomous Robotic Construction System (ARCS) [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]สื่อต่างๆ รายงานว่า ARCS สามารถพิมพ์ส่วนสำคัญของบ้านได้ในสถานที่ก่อสร้าง รวมถึงองค์ประกอบต่างๆ เช่น ฐานราก ผนังภายในและภายนอก พร้อมฉนวนและส่วนประกอบอื่นๆ ที่รวมอยู่ในโครงสร้างที่สร้างเสร็จแล้ว ซึ่งบริษัทได้ใช้เป็นตัวอย่างการสาธิตเทคโนโลยี[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]ในปี 2021 สำนักข่าวหลายแห่งรายงานว่า SQ4D ได้ลงประกาศขายบ้านที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติหลังแรกในสหรัฐอเมริกา ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองริเวอร์เฮดรัฐนิวยอร์ก[ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]

ในปี 2021 Mario Cucinella Architects และWASP ผู้เชี่ยวชาญด้านการพิมพ์ 3 มิติ ได้ สาธิตการพิมพ์ 3 มิติครั้งแรกของบ้านที่ทำจากส่วนผสมดินเหนียวTecla [ 64 ] [ 65 ]

ในปี 2022 วิศวกรได้รายงานการพัฒนาฝูงโดรน พิมพ์ 3 มิติอัตโนมัติ สำหรับการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุและการซ่อมแซม[ 66 ] [ 67 ] ในปี 2022 Lennarและ ICON ได้สร้างWolf Ranchซึ่งเป็นชุมชนบ้านพิมพ์ 3 มิติที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา[ 68 ]

ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2565 นักวิจัยที่ศูนย์โครงสร้างและวัสดุผสมขั้นสูงของมหาวิทยาลัยเมนได้สร้าง บ้าน ขนาด56 ตารางเมตร (600 ตารางฟุต)ที่ประกอบด้วยส่วนโมดูลาร์ที่พิมพ์จากผลิตภัณฑ์พลอยได้จากไม้[ 69 ] 

การพิมพ์ 3 มิติของโครงสร้างอาคารเพียงอย่างเดียวไม่สามารถแก้ปัญหาองค์ประกอบการก่อสร้างที่ใช้เวลาและค่าใช้จ่ายสูง เช่น การเสริมแรง ระบบสาธารณูปโภค และการตกแต่งภายใน ซึ่งจำกัดความสามารถในการแข่งขันโดยรวมของกระบวนการเมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิมในหลายสถานการณ์[ 70 ]เพื่อตอบสนองต่อข้อจำกัดเหล่านี้ แพลตฟอร์มการพิมพ์ 3 มิติสำหรับการก่อสร้างรุ่นที่สองจึงเกิดขึ้น ระบบเหล่านี้ผสมผสานการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุเข้ากับการดำเนินงานเสริม เช่น การจัดการ การตัด/การเจาะ การวาง หรือการตรวจสอบ โดยใช้ระบบอัตโนมัติของหุ่นยนต์ เซ็นเซอร์ และปัญญาประดิษฐ์[ 71 ]ในปี 2024–2025 โครงการนำร่องได้รับการสาธิตในสเปน รวมถึงการเปิดอาคารที่สร้างโดยใช้การพิมพ์ 3 มิติ หุ่นยนต์ และปัญญาประดิษฐ์ พร้อมการตกแต่งอัตโนมัติและการรับรองตามกฎระเบียบอย่างครบถ้วน[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]

ออกแบบ

สถาปนิก James Bruce Gardiner ออกแบบโครงการสองโครงการ ได้แก่ Freefab Tower ในปี 2547 และ Villa Roccia ในปี 2552–2553 FreeFAB Tower สร้างขึ้นจากแนวคิดดั้งเดิมในการผสมผสานรูปแบบไฮบริดของการพิมพ์ 3 มิติในการก่อสร้างเข้ากับการก่อสร้างแบบโมดูลาร์[ 75 ] [ 76 ]อิทธิพลดังกล่าวสามารถเห็นได้ในการออกแบบต่างๆ ที่ Winsun ใช้ รวมถึงบทความในข่าวประชาสัมพันธ์ฉบับดั้งเดิมของ Winsun และสำนักงานแห่งอนาคต[ 77 ] [ 78 ]โครงการ FreeFAB Tower ยังแสดงให้เห็นถึงการใช้งานเชิงคาดการณ์ครั้งแรกของแขนหุ่นยนต์หลายแกนในการพิมพ์ 3 มิติในการก่อสร้าง การใช้เครื่องจักรดังกล่าวในงานก่อสร้างเติบโตอย่างต่อเนื่องในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้วยโครงการต่างๆ ของ MX3D และ Branch Technology [ 79 ] [ 80 ]

โครงการ Villa Roccia 2009–2010 ได้นำงานนี้ไปอีกขั้นด้วยการออกแบบวิลล่าที่ Porto Rotondo เกาะซาร์ดิเนีย ประเทศอิตาลี โดยร่วมมือกับ D-Shape [ 81 ]การออกแบบวิลล่ามุ่งเน้นไปที่การพัฒนารูปแบบสถาปัตยกรรมเฉพาะพื้นที่ซึ่งได้รับอิทธิพลจากลักษณะหินในพื้นที่และตามแนวชายฝั่งของเกาะซาร์ดิเนีย พร้อมทั้งคำนึงถึงการใช้กระบวนการพิมพ์ 3 มิติแบบสำเร็จรูปแผง โครงการนี้ผ่านขั้นตอนการสร้างต้นแบบและไม่ได้ดำเนินการก่อสร้างเต็มรูปแบบ

Francios Roche (R&Sie) พัฒนาโครงการนิทรรศการและหนังสือโมโนกราฟ 'I heard about' ในปี 2548 ซึ่งสำรวจการใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติอัตโนมัติแบบงูที่ขับเคลื่อนด้วยตนเองและระบบออกแบบเชิงสร้างสรรค์เพื่อสร้างอาคารที่พักอาศัยสูงระฟ้า[ 82 ]

อาคารพิมพ์ 3 มิติ สถาปัตยกรรมเชิงการแสดงของสถาปนิกชาวดัตช์ Janjaap Ruijssenaars มีแผนจะสร้างโดยความร่วมมือของบริษัทชาวดัตช์[ 83 ][ 84 ]บ้านหลังนี้มีแผนจะสร้างเสร็จภายในสิ้นปี 2557 แต่ไม่เสร็จตามกำหนด บริษัทต่างๆ กล่าวว่าพวกเขายังคงมุ่งมั่นในโครงการนี้ [ 85 ]

โครงสร้าง

เทคโนโลยีการพิมพ์คอนกรีต 3 มิติ ถูกนำมาใช้ในการก่อสร้างโครงสร้างผนังบางที่ไม่ต้องการฉนวนกันความร้อน

โครงการนำร่องด้านโครงสร้างพื้นฐานทางแพ่ง ได้แก่ โครงสร้างระบายน้ำฝนล้นขนาด 5 ตันที่พิมพ์และติดตั้งใกล้เมืองลีลล์ในปี 2017 โดย Point.P Travaux Publics, SADE และ XtreeE ตามมาด้วยห้องตรวจสอบคอนกรีตที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับ Métropole Européenne de Lille (Roubaix) ในปี 2018 โดยอิงจากการสแกนด้วยเลเซอร์ของท่อระบายน้ำในศตวรรษที่ 19 [ 86 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]

อาคารที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

บ้านพักอาศัยที่สร้างด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติหลังแรกของยุโรป

บ้านริมคลองที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นโครงการก่อสร้าง[ 90 ]

อาคารที่พักอาศัยแห่งแรกในยุโรปและCISที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการก่อสร้างด้วยการพิมพ์ 3 มิติ คือบ้านในเมืองยาโรสลาฟล์ (รัสเซีย) ซึ่งมีพื้นที่298.5 ตารางเมตร (3,213 ตารางฟุต) ผนังของอาคารถูกพิมพ์โดยบริษัท SPECAVIA ในเดือนธันวาคม 2015 โดยมีการพิมพ์ชิ้นส่วนผนังทั้งหมด 600 ชิ้นในโรงงานและประกอบที่ไซต์ก่อสร้าง หลังจากเสร็จสิ้นโครงสร้างหลังคาและการตกแต่งภายใน บริษัทได้นำเสนออาคาร 3 มิติที่เสร็จสมบูรณ์ในเดือนตุลาคม 2017 [ 91 ] 

โครงการสาธิตของเนเธอร์แลนด์และจีนกำลังสร้างอาคารที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติอย่างช้าๆ ในประเทศจีน ดูไบ และเนเธอร์แลนด์[ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]โดยใช้ความพยายามในการให้ความรู้แก่สาธารณชนเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีการก่อสร้างจากพืชแบบใหม่ และเพื่อกระตุ้นให้เกิดนวัตกรรมที่มากขึ้นในการพิมพ์อาคารที่อยู่อาศัยด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ[ 95 ] [ 96 ]บ้านคอนกรีตขนาดเล็กถูกพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติในปี 2017 [ 97 ]

อาคารตามความต้องการ (BOD) ซึ่งเป็นบ้านพิมพ์ 3 มิติหลังแรกในยุโรป เป็นโครงการที่นำโดย COBOD International สำหรับโรงแรมสำนักงานพิมพ์ 3 มิติขนาดเล็กในโคเปนเฮเกน ย่านนอร์ดฮาวน์[ 98 ]ณ ปี 2018 อาคารนี้สร้างเสร็จสมบูรณ์และตกแต่งเรียบร้อยแล้ว[ 99 ]

ในประเทศฝรั่งเศส โครงการ Viliaprint ซึ่งนำโดย Plurial Novilia ผู้ให้บริการที่อยู่อาศัยเพื่อสังคม ได้เปิดตัวบ้านเช่า 5 หลังในเขต Réma'Vert ซึ่งเป็นเขตนิเวศน์ของเมืองแร็งส์ เมื่อวันที่ 2 มิถุนายน 2022 ที่อยู่อาศัยเหล่านี้สร้างขึ้นด้วยวิธีการแบบผสมผสาน โดยใช้ผนังคอนกรีตพิมพ์ 3 มิติแบบนอกสถานที่ที่ผลิตโดย XtreeE และองค์ประกอบสำเร็จรูป ภายใต้การอนุมัติ ATEx ที่ออกโดย CSTB ในเดือนพฤศจิกายน 2020 [ 100 ] [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]

สะพานที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

อัมสเตอร์ดัมเป็นที่ตั้งของสะพานเหล็กที่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยี 3 มิติแห่งแรกของโลก

ในประเทศสเปน สะพานคนเดินแห่งแรกของโลกที่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยี 3 มิติ (3DBRIDGE) ได้เปิดใช้งานเมื่อวันที่ 14 ธันวาคม 2016 ในสวนสาธารณะของเมืองกัสติยา-ลามานชาในอัลโคเบนดาส กรุงมาดริด[ 105 ]เทคโนโลยี 3DBUILD ที่ใช้ได้รับการพัฒนาโดยACCIONAซึ่งรับผิดชอบด้านการออกแบบโครงสร้าง การพัฒนาวัสดุ และการผลิตชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยี 3 มิติ[ 106 ] สะพานมีความยาวรวม12 เมตร (39 ฟุต)และกว้าง1.75 เมตร (5.7 ฟุต)และพิมพ์ด้วยคอนกรีตเสริมแรงขนาดเล็ก การออกแบบทางสถาปัตยกรรมดำเนินการโดยสถาบันสถาปัตยกรรมขั้นสูงแห่งคาตาลัน (IAAC)  

เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้สร้างสะพานลอยนั้นผลิตโดยบริษัทD-Shapeสะพานที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิตินี้สะท้อนให้เห็นถึงความซับซ้อนของรูปทรงในธรรมชาติ และได้รับการพัฒนาผ่านการออกแบบเชิงพาราเมตริกและการออกแบบเชิงคำนวณ ซึ่งช่วยให้สามารถปรับการกระจายวัสดุให้เหมาะสมที่สุด และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างให้สูงสุด โดยสามารถวางวัสดุเฉพาะในจุดที่จำเป็นเท่านั้น ด้วยอิสระอย่างเต็มที่ในด้านรูปทรง สะพานลอยที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติแห่งอัลโคเบนดาสนี้ถือเป็นก้าวสำคัญสำหรับภาคการก่อสร้างในระดับนานาชาติ เนื่องจากมีการนำเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่มาใช้ในโครงการนี้เป็นครั้งแรกในสาขาวิศวกรรมโยธาในพื้นที่สาธารณะ

ในปี 2020 Plaine Commune Grand Paris ได้มอบหมายให้กลุ่มบริษัทที่นำโดย Freyssinet ร่วมกับ Lavigne & Chéron Architectes, Quadric, XtreeE และ LafargeHolcim ออกแบบและก่อสร้าง สะพานลอยคนเดินยาว 40 เมตร (130 ฟุต)ในเมือง Aubervilliers โดยพื้นสะพานจะทำจากคอนกรีตโครงสร้างที่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยี 3 มิติทั้งหมด และประกาศว่าจะส่งมอบก่อนการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกปี 2024 [ 107 ] [ 108 ] [ 109 ] 

รูปแบบสถาปัตยกรรมที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2561 ณ เมืองพาเลคประเทศรัสเซีย ได้มีการนำเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบเพิ่มเนื้อวัสดุมาใช้เป็นครั้งแรกของโลกเพื่อสร้างน้ำพุรูปแบบใหม่[ 110 ]

น้ำพุ "สน็อป" (ช่อรวงข้าว) สร้างขึ้นครั้งแรกในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โดยประติมากรชื่อดัง นิโคไล ไดดิคิน ปัจจุบัน ในระหว่างการบูรณะ น้ำพุได้เปลี่ยนรูปทรงจากสี่เหลี่ยมผืนผ้าเป็นทรงกลม พร้อมกับการปรับปรุงระบบไฟส่องสว่างด้านหลังน้ำพุให้ทันสมัยขึ้น น้ำพุที่ได้รับการปรับปรุงใหม่นี้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง26 เมตร (85 ฟุต) และลึก 2.2 เมตร (7.2 ฟุต)ส่วนบนของน้ำพุสามมิติที่มีช่องทางการสื่อสารภายในนั้น พิมพ์ด้วย เครื่องพิมพ์ก่อสร้าง AMTจากกลุ่มบริษัทAMT-SPETSAVIA  

ในปี 2017 เสาคอนกรีตรูปทรงคล้ายโครงถักสำหรับสนามเด็กเล่นในโรงเรียนอนุบาลในเมือง Aix-en-Provence ประเทศฝรั่งเศส ได้ถูกผลิตขึ้นโดยใช้แบบหล่อที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุสามารถสร้างรูปทรงเรขาคณิตที่มีช่องว่างที่ซับซ้อนสำหรับองค์ประกอบโครงสร้างหล่อได้[ 111 ]

โมดูลคอนกรีตเลียนแบบชีวภาพที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติยังถูกนำไปใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแหล่งที่อยู่อาศัยทางทะเล ในเดือนพฤษภาคม 2019 หน่วยแนวปะการัง 32 หน่วยที่ออกแบบโดย Seaboost ร่วมกับ XtreeE และพิมพ์โดยใช้หมึกคอนกรีตของ Vicat ถูกนำไปติดตั้งใต้น้ำนอกชายฝั่ง Agde บนชายฝั่งทะเลเมดิเตอร์เรเนียน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Récif'Lab ต้นแบบก่อนหน้านี้ถูกติดตั้งในอุทยานแห่งชาติ Calanques ในปี 2017 และหน่วยประติมากรรมถูกนำไปติดตั้งใต้น้ำในโมนาโกในเดือนตุลาคม 2021 [ 112 ] [ 113 ] [ 114 ] [ 115 ] [ 116 ]

โครงสร้างที่พิมพ์จากนอกโลก

มีการเสนอว่าการพิมพ์อาคารเป็นเทคโนโลยีที่มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการสร้างที่อยู่อาศัยนอกโลก เช่นที่อยู่อาศัยบนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร ( ข้อมูล ณ ปี 2013)องค์การอวกาศยุโรปกำลังทำงานร่วมกับFoster + Partnersซึ่งตั้งอยู่ในลอนดอนเพื่อตรวจสอบศักยภาพของการพิมพ์ฐานบนดวงจันทร์โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบปกติ[ 117 ]บริษัทสถาปัตยกรรมได้เสนอเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับการก่อสร้างอาคารในเดือนมกราคม 2013 ซึ่งจะใช้วัตถุดิบจากดินบนดวงจันทร์ในการผลิตโครงสร้างอาคารบนดวงจันทร์ ในขณะที่ใช้ที่อยู่อาศัยแบบเป่าลมปิดล้อม สำหรับเป็นที่อยู่อาศัยของมนุษย์ภายในโครงสร้างแข็งที่พิมพ์บนดวงจันทร์ โดยรวมแล้ว ที่อยู่อาศัยเหล่านี้จะต้อง ขนส่งมวลโครงสร้างจากโลกเพียง 10 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ในขณะที่ใช้วัสดุบนดวงจันทร์สำหรับมวลโครงสร้างอีก 90 เปอร์เซ็นต์[ 118 ] โครงสร้างรูปโดมจะเป็น รูป ทรง โค้งรับน้ำหนัก โดยมีโครงสร้างรองรับจากโครงสร้างเซลล์ปิด ซึ่งคล้ายกับกระดูกนก [ 119 ] ในแนวคิดนี้ ดินบนดวงจันทร์ที่ "พิมพ์" จะให้ "ฉนวนกันรังสีและอุณหภูมิ " แก่ผู้อยู่อาศัยบนดวงจันทร์[ 118 ] เทคโนโลยีการก่อสร้างผสมวัสดุจากดวงจันทร์กับแมกนีเซียมออกไซด์ซึ่งจะเปลี่ยน "วัสดุจากดวงจันทร์ให้เป็นเนื้อเหลวที่สามารถฉีดพ่นเพื่อขึ้นรูปเป็นบล็อกได้" เมื่อ มีการใช้ เกลือประสานที่ "เปลี่ยนวัสดุนี้ให้เป็นของแข็งคล้ายหิน" [ 118 ]นอกจากนี้ยังมีการคิดค้นคอนกรีตซัลเฟอร์ชนิดหนึ่ง ด้วย [ 119 ]

แท่งโลหะหนัก 1.5 ตัน ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ จากวัสดุจำลองฝุ่นบนดวงจันทร์ เพื่อแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการสร้างฐานบนดวงจันทร์โดยใช้วัสดุในท้องถิ่น

การทดสอบการพิมพ์ 3 มิติของโครงสร้างทางสถาปัตยกรรมด้วยวัสดุจำลองพื้นผิวดวงจันทร์ได้เสร็จสิ้นลงแล้ว โดยใช้ห้องสุญญากาศ ขนาดใหญ่ ในห้องปฏิบัติการบนโลก[ 120 ]เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการฉีดของเหลวยึดเกาะใต้พื้นผิวของเรโกลิธด้วยหัวฉีดเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งในการทดสอบพบว่าสามารถดักจับ หยดขนาด 2 มม. (0.079 นิ้ว)ไว้ใต้พื้นผิวได้ด้วยแรงดึงดูดของเส้นเลือดฝอย [ 119 ] เครื่องพิมพ์ที่ใช้คือD- Shape  

องค์ประกอบโครงสร้างพื้นฐานบนดวงจันทร์หลากหลายรูปแบบได้รับการออกแบบสำหรับการพิมพ์โครงสร้าง 3 มิติ รวมถึงลานจอดเครื่องบิน กำแพงป้องกันแรงระเบิด ถนนโรงเก็บเครื่องบินและ ที่ เก็บเชื้อเพลิง[ 119 ]ในช่วงต้นปี 2014 นาซาได้ให้ทุนสนับสนุนการศึกษาขนาดเล็กที่มหาวิทยาลัยเซาท์เทิร์นแคลิฟอร์เนียเพื่อพัฒนา เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติ Contour Crafting ต่อไป การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ที่เป็นไปได้ ได้แก่ การสร้างโครงสร้างบนดวงจันทร์จากวัสดุที่อาจประกอบด้วยวัสดุจากดวงจันทร์ มากถึง 90% โดยมีวัสดุเพียง 10% เท่านั้นที่ต้องขนส่งจากโลก[ 121 ]

นอกจากนี้ NASA ยังกำลังพิจารณาเทคนิคอื่นที่เกี่ยวข้องกับการเผาผนึกฝุ่นดวงจันทร์โดยใช้พลังงานไมโครเวฟกำลังต่ำ (1500 วัตต์) วัสดุดวงจันทร์จะถูกยึดติดกันโดยการให้ความร้อนที่อุณหภูมิ1,200 ถึง 1,500 °C (2,200 ถึง 2,700 °F)ซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมเหลวเล็กน้อย เพื่อหลอมรวม ฝุ่น อนุภาคนาโนให้เป็นบล็อกแข็งที่มี ลักษณะคล้าย เซรามิกและไม่จำเป็นต้องขนส่งวัสดุประสานจากโลกเหมือนที่จำเป็นในวิธีการพิมพ์อาคารนอกโลกของ Foster+Partners, Contour Crafting และ D-shape แผนเฉพาะที่เสนอสำหรับการสร้างฐานบนดวงจันทร์โดยใช้เทคนิคนี้เรียกว่าSinterHabและจะใช้ หุ่นยนต์ ATHLETEหกขาของ JPLในการสร้างโครงสร้างบนดวงจันทร์โดยอัตโนมัติหรือควบคุมจากระยะไกล[ 122 ]  

ณ เดือนธันวาคม 2022 NASA ได้มอบสัญญามูลค่า 57.2 ล้านดอลลาร์สหรัฐให้แก่บริษัท ICON ซึ่งตั้งอยู่ในรัฐเท็กซัส เพื่อสร้างที่อยู่อาศัย ลานจอด และถนนที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติบนพื้นผิวดวงจันทร์ และเพื่อสนับสนุนโครงการARTEMIS [ 123 ]สัญญานี้มีผลบังคับใช้จนถึงปี 2028 บริษัทได้เข้าร่วมการแข่งขัน NASA's 3D Printed Habitat Challenge โดยร่วมมือกับColorado School of Minesและได้รับรางวัลสำหรับต้นแบบระบบโครงสร้างที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

การพิมพ์ลายดินเหนียว

บริษัทTeclaณ ปี 2021
วิดีโอแสดงให้เห็นบ้านที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและขั้นตอนการก่อสร้าง

ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2564 ต้นแบบบ้านพิมพ์ 3 มิติหลังแรกที่ทำจากดินเหนียวชื่อTeclaเสร็จสมบูรณ์บ้านคาร์บอนต่ำหลัง นี้ ถูกพิมพ์โดยแขนขนาดใหญ่สองแขนที่ซิงโครไนซ์กันจากส่วนผสมของดินและน้ำที่หาได้ในท้องถิ่น รวมถึงเส้นใยจากเปลือกข้าวและสารยึดเกาะ[ 64 ] [ 124 ] [ 65 ]อาคารดังกล่าวอาจมีราคาถูกมากมีฉนวนกันความร้อน ที่ดี มีความมั่นคงและทนต่อสภาพอากาศ ปรับตัวเข้ากับสภาพภูมิอากาศได้ ปรับแต่งได้ ผลิตได้อย่างรวดเร็วต้องการแรงงานคนเพียงเล็กน้อยที่เรียนรู้ได้ง่ายลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนจากคอนกรีตต้องการพลังงานน้อยลง ลดปัญหาคนไร้บ้านช่วยให้เกิดชุมชนที่มีเจตนารมณ์เช่นชุมชนนิเวศแบบพึ่งพาตนเองและช่วยให้สามารถจัดหาที่อยู่อาศัยสำหรับผู้ประสบภัยจากภัยพิบัติทางธรรมชาติ รวมถึง – ผ่าน การถ่ายทอด ความรู้และเทคโนโลยีให้กับคนในท้องถิ่น – สำหรับผู้อพยพไปยังยุโรปใกล้บ้านของพวกเขา รวมถึงเป็นทางเลือกทางการเมืองที่เกี่ยวข้องมากขึ้นเรื่อยๆ อาคารนี้สร้างขึ้นในอิตาลีโดยสตูดิโอสถาปัตยกรรม Mario Cucinella Architects และผู้เชี่ยวชาญด้านการพิมพ์ 3 มิติ WASP ชื่อของอาคารเป็นการผสมคำระหว่าง "เทคโนโลยี" และ "ดินเหนียว" [ 64 ] [ 65 ]

ข้อมูลและการคาดการณ์บ่งชี้ถึงความสำคัญที่เพิ่มขึ้นของอาคารที่มีต้นทุนต่ำและยั่งยืนโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตามรายงานของสหประชาชาติปี 2020 การก่อสร้างอาคารเป็นสาเหตุของการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกี่ยวข้องกับพลังงานประมาณ 38% [ 125 ]ซึ่งส่วนหนึ่งเนื่องมาจากภาวะโลกร้อน [ 126 ] [ 127 ]วิกฤตการณ์การอพยพคาดว่าจะทวีความรุนแรงขึ้นในอนาคต และสหประชาชาติประมาณการว่าภายในปี 2030 ประชากร 3 พันล้านคน หรือประมาณ 40% ของประชากรโลก จะต้องการเข้าถึงที่อยู่อาศัยที่ เข้าถึงได้และราคา ไม่แพง[ 64 ]ข้อเสียของการพิมพ์ด้วยส่วนผสมดินเหนียว ได้แก่ ข้อจำกัดด้านความสูงหรือข้อกำหนดด้านพื้นที่แนวนอน ต้นทุนเริ่มต้นและขนาดของเครื่องพิมพ์ที่ไม่ได้ผลิตในปริมาณมาก ความล่าช้าเนื่องจากต้องปล่อยให้ส่วนผสมแห้งด้วยกระบวนการปัจจุบัน และปัญหาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับความแปลกใหม่ของผลิตภัณฑ์ เช่น การเชื่อมต่อกับระบบประปา[ 64 ] [ 65 ]

การพิมพ์คอนกรีต

รั้ว Craft Fence โดย ConcreteFlow

การพิมพ์ 3 มิติ ขนาดใหญ่ โดยใช้ ซีเมนต์ช่วยขจัดความจำเป็นในการขึ้นรูปแบบ ดั้งเดิม โดยการวางหรือทำให้วัสดุในปริมาณที่กำหนดแข็งตัวอย่างแม่นยำในชั้นต่างๆ ตามลำดับโดยกระบวนการกำหนดตำแหน่งที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์[ 128 ]วิธีการพิมพ์ 3 มิตินี้ประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก ได้แก่ การเตรียมข้อมูล การเตรียมคอนกรีต และการพิมพ์ชิ้นส่วน[ 129 ]

สำหรับการสร้างเส้นทางและข้อมูล มีการนำวิธีการต่างๆ มาใช้ในการสร้างเส้นทางอาคารหุ่นยนต์ วิธีการทั่วไปคือการแบ่งรูปร่าง 3 มิติออกเป็นชั้นบางๆ แบนๆ ที่มีความหนาคงที่ซึ่งสามารถวางซ้อนกันได้ ในวิธีนี้ แต่ละชั้นประกอบด้วยเส้นขอบและรูปแบบการเติมซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นโครงสร้างรังผึ้งหรือเส้นโค้งที่เติมเต็มพื้นที่ได้ อีกวิธีหนึ่งคือวิธีความต่อเนื่องแบบสัมผัสซึ่งสร้างเส้นทางอาคาร 3 มิติที่มีความหนาแปรผันตามตำแหน่ง วิธีนี้ส่งผลให้เกิดพื้นผิวสัมผัสคงที่ระหว่างสองชั้น ดังนั้นช่องว่างทางเรขาคณิตระหว่างสองชั้นซึ่งมักเป็นข้อจำกัดของกระบวนการพิมพ์ 3 มิติจะถูกหลีกเลี่ยง[ 130 ]

ขั้นตอนการเตรียมวัสดุประกอบด้วยการผสมและการเทคอนกรีตลงในภาชนะ เมื่อเทคอนกรีตสดลงในภาชนะแล้ว ก็สามารถลำเลียงผ่านระบบปั๊ม-ท่อ- หัวฉีดเพื่อพิมพ์ เส้นใย คอนกรีตที่อัดแน่นได้เองซึ่งสามารถสร้างส่วนประกอบโครงสร้างแบบชั้นต่อชั้นได้[ 131 ]ในกระบวนการเพิ่มวัสดุ ความสามารถในการสูบและเสถียรภาพของการอัดขึ้นรูปมีความสำคัญต่อการใช้งานปูนฉาบคุณสมบัติเหล่านี้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการออกแบบส่วนผสมคอนกรีต ระบบการส่ง และอุปกรณ์การวางวัสดุ ข้อกำหนดทั่วไปของการพิมพ์ 3 มิติคอนกรีตเปียกแบ่งออกเป็นสี่ลักษณะหลัก: [ 129 ]

  • ความสามารถในการสูบ:ความง่ายและความน่าเชื่อถือในการเคลื่อนย้ายวัสดุผ่านระบบลำเลียง
  • ความสามารถในการพิมพ์: ความง่ายและความน่าเชื่อถือในการวางวัสดุผ่านอุปกรณ์วางวัสดุ
  • ความสามารถในการก่อสร้าง:ความต้านทานของวัสดุเปียกที่ถูกวางลงต่อการเสียรูปภายใต้แรงกด
  • ระยะเวลาเปิดใช้งาน:ช่วงเวลาที่คุณสมบัติข้างต้นคงที่ภายในค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้

ในการดำเนินการพิมพ์ จำเป็นต้องมีระบบควบคุม ระบบเหล่านี้โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ระบบโครงสร้างแบบคาน และระบบ แขนหุ่นยนต์ระบบโครงสร้างแบบคานจะขับเคลื่อนแขนกลที่ติดตั้งอยู่เหนือศีรษะเพื่อกำหนดตำแหน่งของหัวฉีดพิมพ์ในพิกัดคาร์ทีเซียน XYZ ในขณะที่แขนหุ่นยนต์จะให้องศาอิสระเพิ่มเติมแก่หัวฉีด ทำให้สามารถดำเนินการพิมพ์ได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น เช่น การพิมพ์ด้วยวิธีการต่อเนื่องแบบสัมผัส[ 130 ]ไม่ว่าจะเป็นระบบใดที่ใช้ในการพิมพ์ (เครนโครงสร้างแบบคานหรือแขนหุ่นยนต์) การประสานงานระหว่างความเร็วในการเคลื่อนที่ของหัวฉีดและอัตราการไหลของวัสดุมีความสำคัญต่อผลลัพธ์ของเส้นใยที่พิมพ์[ 132 ]ในบางกรณี สามารถตั้งโปรแกรมแขนหุ่นยนต์พิมพ์ 3 มิติหลายตัวให้ทำงานพร้อมกันได้ ส่งผลให้ลดเวลาในการสร้างลง[ 133 ]สุดท้ายนี้ ขั้นตอนการประมวลผลหลังการพิมพ์แบบอัตโนมัติยังสามารถนำไปใช้ในสถานการณ์ที่ต้องการการกำจัดโครงสร้างรองรับหรือการตกแต่งพื้นผิวใดๆ[ 129 ]

นักวิจัยที่มหาวิทยาลัย Purdue [ 134 ]ได้บุกเบิกกระบวนการพิมพ์ 3 มิติที่เรียกว่า Direct-ink-Writing [ 135 ]สำหรับการผลิตวัสดุซีเมนต์ที่มีโครงสร้างเป็นครั้งแรก[ 136 ]พวกเขาแสดงให้เห็นว่าการใช้การพิมพ์ 3 มิติทำให้การออกแบบวัสดุซีเมนต์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติเป็นไปได้ และสามารถบรรลุคุณลักษณะการทำงานใหม่ๆ เช่น ความทนทานต่อข้อบกพร่องและความยืดหยุ่นได้

ความเร็วในการก่อสร้าง

ณ ปี 2021 บ้าน Tecla ที่ทำจากดินผสม สามารถพิมพ์ได้ภายใน 200 ชั่วโมง ในขณะที่ส่วนผสมอาจใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการแห้ง[ 64 ] [ 65 ]

ตั้งแต่ปี 2006 Behrokh Khoshnevisได้อ้างว่าสามารถพิมพ์บ้านด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้ภายในหนึ่งวัน[ 137 ]และยังอ้างว่าสามารถสร้างอาคารให้เสร็จสมบูรณ์ได้ภายในเวลาประมาณ 20 ชั่วโมงของ "เครื่องพิมพ์" [ 138 ]ภายในเดือนมกราคม 2013 เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติสำหรับการสร้างอาคารเวอร์ชันที่ใช้งานได้จริงสามารถพิมพ์ วัสดุก่อสร้างได้ 2 เมตร (6.6 ฟุต)ต่อชั่วโมง และมีการเสนอว่าเครื่องพิมพ์รุ่นต่อมาจะสามารถพิมพ์ได้3.5 เมตร (11 ฟุต)ต่อชั่วโมง ซึ่งเพียงพอที่จะสร้างอาคารให้เสร็จภายในหนึ่งสัปดาห์[ 118 ]  

การสาธิตการพิมพ์คอนกรีต 3 มิติด้วยหุ่นยนต์ได้รายงานว่าสามารถผลิต เสา UHPC ขนาด 2 เมตร (7 ฟุต)ได้ภายในเวลาประมาณ 30 นาที ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการผลิตที่สูงสำหรับชิ้นส่วนสำเร็จรูปขนาดเล็ก[ 139 ] 

บริษัท WinSun ของจีนได้สร้างบ้านหลายหลังโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่ โดยใช้ส่วนผสมของปูนซีเมนต์แห้งเร็วและวัตถุดิบรีไซเคิล WinSun กล่าวว่าบ้านสาธิต 10 หลังถูกสร้างขึ้นภายใน 24 ชั่วโมง โดยแต่ละหลังมีราคา 5,000 ดอลลาร์สหรัฐ (ไม่รวมโครงสร้าง ฐานราก ระบบสาธารณูปโภค ประตู/หน้าต่าง และการตกแต่งภายใน) [ 140 ] อย่างไรก็ตามดร. เบห์โรค โคชเนวิส ผู้บุกเบิกการพิมพ์ 3 มิติในงานก่อสร้าง อ้างว่านี่เป็นเรื่องหลอกลวง และ WinSun ขโมยทรัพย์สินทางปัญญา ของเขา [ 141 ]

การวิจัยและความรู้สาธารณะ

ผลลัพธ์จากกระบวนการพิมพ์คอนกรีตด้วยหุ่นยนต์ วิธีการพิมพ์แบบต่างๆ ยังคงอยู่ระหว่างการวิจัย

มีโครงการวิจัยหลายโครงการที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ก่อสร้าง 3 มิติ เช่น โครงการพิมพ์คอนกรีต 3 มิติ (3DCP) ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีไอนด์โฮเฟน [ 142 ]หรือโครงการต่างๆ ที่สถาบันสถาปัตยกรรมขั้นสูงแห่งคาตาโลเนีย (Pylos, Mataerial และ Minibuilders) รายชื่อโครงการวิจัยขยายตัวมากขึ้นในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา เนื่องจากความสนใจที่เพิ่มขึ้นในสาขานี้[ 143 ]

งานวิจัยล้ำสมัย

โครงการส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การวิจัยด้านกายภาพที่อยู่เบื้องหลังเทคโนโลยี เช่น เทคโนโลยีการพิมพ์ เทคโนโลยีวัสดุ และประเด็นต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง COBOD International (เดิมชื่อ 3DPrinthuset ปัจจุบันเป็นบริษัทในเครือ) เพิ่งเป็นผู้นำในการวิจัยที่มุ่งสำรวจสถานะปัจจุบันของเทคโนโลยีทั่วโลก โดยการเยี่ยมชมโครงการที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ก่อสร้าง 3 มิติมากกว่า 35 โครงการ สำหรับแต่ละโครงการ ได้มีการจัดทำรายงานการวิจัย และข้อมูลที่รวบรวมได้ถูกนำมาใช้เพื่อรวมเทคโนโลยีต่างๆ เข้าด้วยกันเป็นครั้งแรกในรูปแบบการจัดหมวดหมู่และคำศัพท์มาตรฐานทั่วไป

ระบบนิเวศการวิจัยและอุตสาหกรรมของฝรั่งเศสที่อยู่รอบ XtreeE และห้องปฏิบัติการพันธมิตรได้สร้างผลงานที่ได้รับการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิหลายชิ้นซึ่งบันทึกวัสดุ กระบวนการ และการออกแบบโครงสร้างสำหรับการพิมพ์คอนกรีต 3 มิติ งานในช่วงแรกรายงานเส้นทางการประมวลผล UHPC ใหม่และแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในระดับสถาปัตยกรรม ตามด้วยการจำแนกระบบอาคารการพิมพ์คอนกรีต 3 มิติที่ได้รับการอ้างอิงอย่างกว้างขวาง[ 144 ] [ 145 ]บทต่อมาได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับแบบหล่อแบบบูรณาการขนาดใหญ่ด้วย UHPC และการใช้งานในสถานที่สำหรับเสาและผนัง และหารือเกี่ยวกับเส้นทางสู่การพัฒนาอุตสาหกรรม[ 146 ] [ 147 ] [ 148 ]

ในด้านโครงสร้าง นักวิจัยได้สำรวจผนังที่ได้รับแรงบันดาลใจจากโครงสร้างแบบโครงถักอวกาศซึ่งผลิตโดยการอัดปูนด้วยหุ่นยนต์ รวมถึงการพิมพ์แบบวางอิสระบนฐานรอง EPS และแบบจำลองศาลา และวิเคราะห์กลยุทธ์การกดชั้นและปัญหาด้านความสามารถในการก่อสร้าง[ 149 ] [ 150 ] [ 151 ] [ 152 ]

การควบคุมกระบวนการและคุณสมบัติทางรีโอโลยีได้รับการแก้ไขด้วยวิธีการควบคุมคุณภาพแบบอินไลน์ใหม่ การทดสอบสลัก (slugs-test) วัดความเค้นครากที่หัวฉีดและได้รับการนำมาใช้ซ้ำและแนะนำในการตรวจสอบระดับนานาชาติ ในขณะเดียวกันก็มีการรายงานกรอบการประเมินคุณภาพที่กว้างขึ้นและการตรวจสอบด้วยคอมพิวเตอร์วิชั่นด้วย การศึกษาในปี 2024 ได้รวบรวมการวัดแบบออนไลน์และอินไลน์ในระดับต่างๆ และแบบจำลองในปี 2025 ได้วัดผลกระทบของการบ่มด้วยสิ่งแวดล้อมต่อความแข็งแรงของผนังที่พิมพ์ โดยแสดงให้เห็นถึงการสูญเสียมากถึงประมาณ 30% หากไม่มีการบ่มที่เหมาะสม[ 153 ] [ 154 ] [ 155 ] [ 156 ] [ 157 ] [ 158 ]

การประชุมเกี่ยวกับการพิมพ์ก่อสร้าง 3 มิติครั้งแรก

นอกเหนือจากการวิจัยแล้ว 3DPrinthuset (ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ COBOD International) ยังได้จัดการประชุมนานาชาติเกี่ยวกับการพิมพ์ก่อสร้าง 3 มิติสองครั้ง (เดือนกุมภาพันธ์[ 159 ]และพฤศจิกายน[ 160 ] 2017 ตามลำดับ) โดยมีเป้าหมายเพื่อนำบริษัทต่างๆ เช่นD-Shape , Contour Crafting , CyBe Construction, การวิจัย 3DCP ของ Eindhoven, Winsun และอื่นๆ มาพูดคุยเกี่ยวกับประเด็นในอนาคตที่เป็นไปได้

นอกเหนือจากผู้เชี่ยวชาญด้านการพิมพ์ 3 มิติสำหรับงานก่อสร้างแล้ว ยังมีผู้เล่นหลักจากอุตสาหกรรมการก่อสร้างแบบดั้งเดิมเข้าร่วมงานเป็นครั้งแรกอย่างแข็งแกร่ง เช่นSika AG , Vinci , Royal BAM Group , NCC , MYK LATICRETEและอื่นๆ อีกมากมาย

ความสนใจของสื่อ

แม้ว่าขั้นตอนแรกจะเริ่มต้นมาเกือบสามทศวรรษแล้ว แต่การพิมพ์ก่อสร้าง 3 มิติก็ประสบปัญหาในการเข้าถึงผู้คนมาหลายปี เทคโนโลยีแรกที่ได้รับความสนใจจากสื่อบ้างคือContour CraftingและD-Shapeโดยมีบทความประปรายในช่วงปี 2008–2012 [ 161 ] [ 162 ] [ 163 ]และรายงานทางทีวีในปี 2012 [ 164 ]นอกจากนี้ D-Shape ยังได้รับการนำเสนอในสารคดีอิสระที่อุทิศให้กับผู้สร้าง Enrico Dini ซึ่งมีชื่อว่า "The man who prints houses" [ 165 ]

ความก้าวหน้าที่สำคัญอย่างหนึ่งคือการประกาศสร้างอาคารที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นครั้งแรก โดยใช้ส่วนประกอบสำเร็จรูปที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติจาก Winsun ซึ่งอ้างว่าสามารถพิมพ์บ้านได้ 10 หลังต่อวันด้วยเทคโนโลยีของตน[ 166 ]แม้ว่าข้ออ้างดังกล่าวยังไม่ได้รับการยืนยัน แต่เรื่องราวนี้ได้สร้างกระแสความสนใจอย่างกว้างขวางและเพิ่มมากขึ้นในสาขานี้ ภายในเวลาไม่กี่เดือน บริษัทใหม่ๆ จำนวนมากก็เริ่มปรากฏตัวขึ้น ส่งผลให้เกิดความพยายามใหม่ๆ มากมายที่ปรากฏในสื่อ เช่น ในปี 2017 สะพานคนเดินที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติแห่งแรก[ 167 ]และสะพานสำหรับนักปั่นจักรยานที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติแห่งแรก[ 168 ]รวมถึงองค์ประกอบโครงสร้างเบื้องต้นที่สร้างด้วยการพิมพ์ 3 มิติในปี 2016 [ 169 ]และอื่นๆ อีกมากมาย

เมื่อเร็วๆ นี้ COBOD International ซึ่งเดิมชื่อ 3DPrinthuset (บริษัทในเครือ) ได้รับความสนใจจากสื่ออย่างกว้างขวางจากอาคารพิมพ์ 3 มิติถาวรแห่งแรก ซึ่งเป็นแห่งแรกในยุโรป[ 170 ] [ 171 ] [ 172 ]โครงการนี้สร้างแบบอย่างที่สำคัญในการเป็นอาคารพิมพ์ 3 มิติแห่งแรกที่มีใบอนุญาตก่อสร้างและเอกสารครบถ้วน รวมถึงการอนุมัติอย่างเต็มที่จากหน่วยงานของเมือง ซึ่งเป็นก้าวสำคัญสำหรับการยอมรับในวงกว้างในสาขาการก่อสร้าง เรื่องราวนี้ได้รับการรายงานข่าวอย่างกว้างขวางทั้งในสื่อระดับชาติและนานาชาติ ปรากฏในโทรทัศน์ในเดนมาร์ก รัสเซีย โปแลนด์ ลิทัวเนีย และอีกหลายประเทศ

การพิมพ์ 3 มิติสำหรับที่อยู่อาศัยในพื้นที่ห่างไกล

การวิเคราะห์การก่อสร้างด้วยการพิมพ์ 3 มิติในพื้นที่ห่างไกล[ 173 ]ในฐานะทางเลือกแทนการก่อสร้างแบบดั้งเดิมเผยให้เห็นศักยภาพที่สำคัญ การพิมพ์ 3 มิติในการก่อสร้างนำเสนอโซลูชันที่เป็นนวัตกรรมใหม่สำหรับความท้าทายเฉพาะของสถานที่เหล่านี้ ความสามารถในการใช้วัสดุในท้องถิ่น ลดของเสีย และปรับให้เข้ากับการออกแบบที่ซับซ้อนและปรับแต่งได้ เป็นเพียงข้อดีบางประการที่ทำให้การพิมพ์ 3 มิติเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการก่อสร้างในพื้นที่ที่เข้าถึงยาก นอกจากนี้ การพิมพ์ 3 มิติยังสามารถส่งเสริมความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อมและการมีส่วนร่วมของชุมชนโดยการเปิดใช้งานการมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในกระบวนการก่อสร้างและการบำรุงรักษาโครงสร้าง วิธีการก่อสร้างนี้มีศักยภาพที่จะเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ของที่อยู่อาศัยในพื้นที่ห่างไกล โดยจัดหาที่อยู่อาศัยที่ราคาไม่แพง มีประสิทธิภาพ และสอดคล้องกับวัฒนธรรมมากขึ้นสำหรับชุมชนท้องถิ่น

อย่างไรก็ตาม แม้จะมีประโยชน์มากมาย แต่ก็ยังมีความไม่แน่นอนและปัญหาต่างๆ ที่ต้องแก้ไขก่อนที่การพิมพ์ 3 มิติจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ความไม่แน่นอนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับประเด็นทางเทคนิค กฎระเบียบ เศรษฐกิจ และสังคม แม้ว่าเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจะก้าวหน้าไปมากแล้ว แต่การนำไปใช้ในการสร้างที่อยู่อาศัยในพื้นที่ห่างไกลยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการศึกษาความเป็นไปได้ การวิจัยในด้านนี้ยังคงดำเนินต่อไปและควรได้รับการสำรวจเพิ่มเติม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านหุ่นยนต์และวัสดุที่จะนำมาใช้

ความยั่งยืน

วิธีการก่อสร้างแบบดั้งเดิมส่งผลกระทบมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการพิมพ์ 3 มิติ โดยมีศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อนที่ 1154.20 และ 608.55 กก. เทียบเท่าความเป็นพิษที่ไม่ก่อให้เกิดมะเร็งที่ 675.10 และ 11.9 กก. 1,4-DCB และการใช้น้ำที่ 233.35 และ 183.95 ม³ตามลำดับ บ้านที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติยังพบว่าเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ โดยลดต้นทุนโดยรวมลง 78% เมื่อเทียบกับวิธีการก่อสร้างแบบดั้งเดิม ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยรวมสามารถลดลงได้ด้วยการใช้เทคโนโลยีนี้[ 174 ]

จากตัวอย่างสี่กรณี ได้มีการประเมินว่าการปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่อตารางเมตรที่เกี่ยวข้องกับการก่อสร้างบ้านที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นมีปริมาณน้อยกว่าบ้านที่สร้างด้วยวิธีดั้งเดิม[ 175 ]

ความเร็วและประสิทธิภาพ

Carstensen [ 176 ]ศึกษาอิทธิพลของขนาดหัวฉีดการพิมพ์ 3 มิติที่มีต่อประสิทธิภาพการพิมพ์ โดยเน้นที่ความยาวของเส้นทางการพิมพ์วัสดุและการทับซ้อนกันระหว่างเส้นทาง ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าการใช้หัวฉีดขนาดใหญ่เป็นประโยชน์สำหรับการพิมพ์ระยะสั้นอย่างต่อเนื่องเมื่อขนาดโครงสร้างมีขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถปรับปรุงทั้งประสิทธิภาพการพิมพ์และประสิทธิภาพของโครงสร้างได้

นอกจากนี้ การศึกษายังเน้นย้ำถึงความสำคัญของการปรับความเร็วในการพิมพ์ให้เหมาะสมตามโครงสร้างที่ตรวจสอบแบบไดนามิก เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพทางเรขาคณิตของชิ้นส่วนที่พิมพ์และคุณสมบัติทางกลของคอนกรีตที่พิมพ์แบบ 3 มิติ ซึ่งเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการพิจารณาประสิทธิภาพของการพิมพ์คอนกรีตแบบ 3 มิติที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยและเสถียรภาพของโครงสร้าง โดยเน้นถึงความซับซ้อนและความสำคัญของการปรับพารามิเตอร์หลายตัวให้เหมาะสมพร้อมกันในกระบวนการพิมพ์คอนกรีตแบบ 3 มิติ[ 177 ]

ดูเพิ่มเติม

โลโก้ Wikimedia Commonsสื่อที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ 3 มิติในงานก่อสร้างที่ Wikimedia Commons

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Construction_3D_printing&oldid=1361855153 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การพิมพ์ 3 มิติสำหรับงานก่อสร้าง

การพิมพ์ 3 มิติเพื่อการก่อสร้าง ( c3Dp ) หรือการพิมพ์ 3 มิติเพื่อการก่อสร้าง ( 3DCP ) หมายถึงเทคโนโลยีต่างๆ ที่ใช้การพิมพ์ 3...

วิลเลียม เออร์เชล

ในปี พ.ศ. 2482 วิลเลียม เออร์เชล ได้สร้างอาคารคอนกรีตพิมพ์ 3 มิติแห่งแรกของโลกในเมืองวัลปาไรโซ รัฐอินเดียนา เออร์เชลจดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์ด้านการก่อสร้างของเขาหลายรายการ และยังมีการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้การออกแบบโครงสร้าง แบบลิ้นและร่อง อีกด้วย [ 7 ]

เทคโนโลยีการเพาะปลูก 1950–1995

การก่ออิฐด้วยหุ่นยนต์ได้รับการคิดค้นและสำรวจในช่วงทศวรรษ 1950 และการพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการก่อสร้างอัตโนมัติเริ่มขึ้นในช่วงทศวรรษ 1960 โดยใช้คอนกรีตแบบสูบและโฟมไอโซไซยาเนต [ 8 ]...

พัฒนาการในช่วงแรก ปี 1995–2000

การพัฒนาและการวิจัยการพิมพ์ 3 มิติสำหรับการก่อสร้างในยุคแรกเริ่มได้ดำเนินมาตั้งแต่ปี 1995 มีการคิดค้นวิธีการสองวิธี วิธีหนึ่งโดย Joseph Pegna [ 10 ] ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ เทคนิคการขึ้น รูปทราย...