Từng chỉ được xem như khoa học viễn tưởng, giờ đây công nghệ in 3D đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong đa dạng lĩnh vực như sinh học, sản xuất; đặc biệt là xây dựng, mở ra một tiềm năng mới cho lĩnh vực này.
In 3D trong xây dựng đã xuất hiện từ đầu những năm 2000 và hiện nay công nghệ này bắt đầu phổ biến hơn. Nguyên lý của in 3D rất dễ hiểu, liên quan đến việc bồi đắp từng lớp vật liệu bằng cách sử dụng đầu máy in về cơ bản giống với đầu được nhìn thấy bên trong máy in phun mực.
Vật liệu sử dụng có thể khác nhau, từ bê tông đến kim loại, polymer và nhựa, và phải hợp nhất hoặc liên kết với các lớp đã đắp trước đó. Điểm mấu chốt của quá trình này là vật liệu không được lưu trữ một cách ngẫu nhiên mà tuân theo mô hình 3D đã được tạo trên máy tính bằng phần mềm CAD.
Trong khoảng thời gian đầu, in 3D trong xây dựng được dùng chủ yếu để tạo ra các mô hình 3D như gạch hoa văn hoặc đồ trang trí, nguyên mẫu và các bộ phận xây dựng phi cấu trúc nhỏ. Nhưng sự tiến bộ của công nghệ đã tạo điều kiện để công nghệ in 3D giờ đây có khả năng tạo ra gần như toàn bộ ngôi nhà.
Công nghệ Crane WASP
(Nguồn: Internet)
Chương trình Phát triển Liên hợp quốc (UNDP) gần đây đã sử dụng một chiếc Crane WASP để in nhà giá rẻ ở Colombia, sử dụng đất và tài nguyên địa phương nhằm khắc phục tình trạng thiếu nhà ở tại khu vực này.
Sử dụng vật liệu là đất có nguồn gốc tại địa phương và các phương tiện như vậy, UNDP sẽ không phải vận chuyển vật liệu đắt tiền hoặc độc quyền từ những vùng đất xa xôi, giúp cắt giảm đáng kể chi phí tạo lên các ngôi nhà giá rẻ chỉ với 1.000 USD.
Một ưu điểm khác của công nghệ này là UNDP có thể triển khai máy in ở những địa hình khó khăn, nơi các thiết bị xây dựng thông thường và đắt tiền với khả năng tiếp cận hạn chế. Ngoài ra, công nghệ này có thể triển khai theo một hệ thống lớn, xây dựng đồng thời nhiều ngôi nhà một lúc.
Hệ thống BOD2
Là một công nghệ thuộc Công ty COBOD, có thể xây dựng kết cấu một ngôi nhà 2 phòng ngủ rộng 80 m2 chỉ trong vòng 18 giờ. Sau đó, ngồi nhà sẽ được hoàn thiện bằng cách lắp đặt các cửa sổ, cửa ra vào, tấm ốp, mái nhà và bất cứ thứ gì cần thiết khác. Bao gồm cả sức lao động của con người, toàn bộ dự án chỉ mất chưa đầy hai tháng để hoàn thành.
Mức giá xây dựng công trình sẽ rẻ hơn so với công nghệ truyền thống, phần lớn là do tốc độ xây dựng được cung cấp bởi máy in 3D, với việc hợp phun xi măng theo từng lớp, tạo nên cấu trúc cơ bản của ngôi nhà.
Trong tương lai, COBOD hy vọng sẽ mở rộng quy mô sản xuất và đạt được mức trung hòa carbon vào năm 2030 bằng cách sử dụng các vật liệu xây dựng thay thế như bê tông xanh, đất và rơm, tạo nên những ngôi nhà bền vững và dễ tiếp cận cho nhiều người.
Hệ thống máy in Phoenix – ICON
(Nguồn: Internet)
Là một hệ thống máy in 3D dựa tích hợp trên cần cẩu có thể tháo rời, Phoenix có thể xây dựng những ngôi nhà nhiều tầng với hệ thống khép kín. Với chiều cao 21 m, hệ thống giống như cần cẩu cho phép xây dựng các công trình cao hơn so với máy in hiện tại của Vulcan của chính ICON, hệ thống mới có thể in công trình cao 8,2 m.
Phụ gia xi măng Lavacrete độc quyền của ICON được phun từ cần cẩu bằng hệ thống vòi phun được ổn định bằng con quay hồi chuyển. Nhờ có hệ thống cần cẩu, Phoenix có thể xây dựng nhiều công trình trong một vùng lân cận chỉ với những điều chỉnh nhỏ trong việc thiết lập máy và chỉ cần số ít người giám sát tại chỗ để theo dõi tiến độ.
Ngoài công nghệ Phoenix, ICON còn công bố về việc phát triển hỗn hợp vật liệu mới vào hệ thống in 3D của mình. Vật liệu có tên CarbonX là hệ thống xây dựng nhà ở có hàm lượng carbon thấp nhất sẵn sàng để sử dụng trên quy mô lớn.
Tiềm năng rộng mở trong tương lai
Với những một loạt lợi ích đáng kể của công nghệ này; trong năm 2023, Công ty xi măng Progreso đã hoàn thành tòa nhà in 3D đầu tiên ở Guatemala có khả năng chống chịu với động đất. Công nghệ in 3D đã mang đến nhiều lợi ích cho ngành xây dựng: Giảm thiểu thời gian thi công các tòa nhà, hạn chế xảy ra tai nạn vì giảm nhân lực, góp phần giảm chi phí thi công, thân thiện với môi trường và giảm lượng khí thải CO2.
Với những ưu điểm trên, công nghệ in 3D trong xây dựng có thể nhanh chóng triển khai tại các khu dân cư thuộc vùng nhạy cảm, thường xảy ra thiên tai. Với việc triển khai và xây dựng nhanh chóng, công nghệ này có thể hoàn thiện các công trình dân sự thuận lợi hơn nhiều so với việc xây dựng truyền thống.
Đại diện Công ty ICON nhận định, với những ưu điểm vốn có của công nghệ này cùng với sự kết hợp các loại vật liệu in 3D xanh, hệ thống sẽ mang lại những công trình được in thân thiện với môi trường hơn, khai mở những tiềm năng mới của loại hình xây dựng này.
Đức Tú – tổng hợp
(Tạp chí Xây dựng)
