تا همین سال‌های اخیر، «پرینت سه بعدی در ساخت و ساز» تنها به نوعی سرگرمی یا به مسابقات طراحی محدود می‌شد. به نظر می‌رسد که آن روزها به سرعت در حال فراموش شدن‌ هستند و این عرصه چشم‌انداز متفاوتی خواهد داشت.

برای مثال، در ماه ژوئن همین امسال دانش‌گاه تکنولوژی آیندهوون خبر از اجرای یک پروژه‌ی مهم داد، برنامه‌ای که بنا داشت تا مجموعه‌ای از خانه‌های بتنی اُبِلیسک‌وار را با طراحی «معماران Houben و Van Mierlo» با پرینت سه‌بعدی بسازد؛ تلاشی که توسط دانش‌گاه این‌گونه توصیف شده است: «اولین پروژه‌ی خانه‌سازی تجاری مبتنی بر پرینت سه‌بعدی در جهان». باید گفت که خانه‌سازی تنها یک بخش از بازار پرینت سه‌بعدی است که در یک پیشی‌بینی، ارزش آن از ۷۰ میلیون دلار در سال ۲۰۱۷، به ۴۰ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۷ افزایش پیدا خواهد کرد.

صنعت ساخت در حال رو آوردن به تکنولوژی پرینت سه‌بعدی است تا به‌وسیله‌ی آن بتواند احجام پیچیده را اداراک کند، در نقاط خطرناک و دور از دست‌رس چیزهایی بسازد، و از اتلاف مصالح و هزینه‌های کارگاهی بکاهد، و البته از سایر مزایای بالقوه‌ی آن نیز استفاده کند. هرچه‌قدر که نرم‌افزارها و تجهیزات پرینت سه‌بعدی رشد می‌کند، شرکت‌های سنتی ساخت‌مانی و استارت‌آپ‌ها بیش‌تر به ظرفیت‌ها و امکانات ساخت پیچیده در جهان واقعی واقف می‌شوند. در این مقاله چند نمونه‌ی محدود از کاربرد پرینت سه بعدی در ساخت و ساز را خواهیم دید، نمونه‌هایی که در حال تحول این صتعت مهم هستند.

نمونه ۱: پل‌ها

برای مدت‌ها، ابعاد پروژه‌های پرینت سه‌بعدی به ابعاد خود پرینترها محدود بود. اما حالا یک شکت هلندی به نام MX3D (با شعار: «ما با ربات صحبت می‌کنیم»)، از یک ربات شش‌محوره، یک نرم‌افزار اختصاصی، و ماشین ذوب و جوش‌کاری که فولاد ضد زنگ را با یک نازل ظریف لایه‌گذاری می‌کند استفاده کرده و در حال ساخت و نصب یک پل پیاده‌روی هوش‌مند به طول ۱۲ متر، بر روی یکی از قدیمی‌ترین کانال‌های هلند با تکنیک پرینت سه‌بعدی است.

این سازه در حال حاضر تحت آزمایش‌های استحکام سازه در دانش‌گاه سلطنتی لندن است. مؤسس شرکت MX3D در این باره می‌گوید: «آزمایش استحکام یک پل آزمایشی و جدید شبیه به این پروژه، نیاز به روش‌های کاملاً نوینی دارد. پیش‌تر ما می‌توانستیم همه‌ی مراحل را به صورت دیجیتالی طی کنیم؛ بدین شکل که ابتدا طراحی می‌کردیم، توسط یک مجموعه‌ نرم‌افزار طرح را مورد بررسی و آزمایش قرار می‌دادیم، و با توجه به مقررات موجود آن را رد یا تأیید می‌کردیم. اما الآن با مواد کاملاً ناشناخته‌ای از فرم‌های پرینت‌شده از لحاظ رفتار سازه‌ای طرف هستیم». این شرکت در نظر دارد که ظرفیت تحمل بار یک مدل فیزیکی از پل را در نقاط گوناگون آن (مثل دست‌گیره‌ها) بسنجد تا بتواند تنظیمات دقیقی را روی آن اعمال کند.

این پل در هفته‌ی دیزاین هلند در ماه اُکتبر رونمایی خواهد شد و اگر همه چیز مطابق برنامه پیش رود، تا پایان سال ۲۰۱۹ در شهر آمستردام نصب می‌شود. شبکه‌ای از حس‌گرها بر روی این پل نصب خواهد شد که داده‌های مربوط به کشش، لرزه، جابه‌جایی و محیط را به‌صورت هم‌زمان جمع‌آوری کرده و ارسال می‌کند. مؤسسه‌ی راه‌کارهای شهری آمستردام این داده‌ها را به شبکه‌ی زیرساخت هوش‌مند شهری متصل خواهد کرد. با این اوصاف، Geurtjens بنیان‌گذار این شرکت معتقد است که: «پرینت سه‌بعدی فقط مربوط به افزایش کارآیی نیست، بل‌که ما فکر می‌کنیم افزدون لذت به زندگی و دل‌پذیری زیبایی‌شناسانه نیز بسیار مهم هستند. این فقط یک موضوع و علاقه‌ی تجاری نیست، بل‌که موضوع ساختن چیزی است که شما می‌خواهید، چون امکان‌پذیر است!».

نمونه ۲: خانه‌ها

در مورد خانه‌های ساخته شده با پرینت سه‌بعدی، شرکت‌های ساخت‌مانی با عجله به دنبال یک برتری‌جویی عددی هستند: «بزرگ‌ترین»، «سریع‌ترین»، «کم‌ترین مصرف مصالح». طراحی‌ها از هر نقطه‌ی جهان در حال ظهور‌اند، مثلاً خانه‌ی بتنی شرکت روسی Apis Cor که مدعی است آن را در ۲۴ ساعت و تنها با ۱۰ هزار دلار ساخته‌ است. یا بلوک آپارت‌مانی پنج طبقه متعلق به شرکت چینی Winsun که با یک پرینت غول‌پیکر بازیافت‌کننده‌ی مواد دورریز ساخته شده است.

یکی از جذاب‌ترین این پروژه‌ها، پروژه‌های «خانه‌ی مفهومی YRYS» است که ۱۸ شریک دارد، شامل شرکت ساخت‌مانی فرانسوی Maisons France Confort و شرکت پرینت سه‌بعدی بزرگ‌مقیاس XtreeE. شرکت XtreeE با استفاده از تکنیک قالب‌ریزی تزریقی برای فشردن لایه‌ی بتن، یک دیوار مجوف و چهار ستون سازه‌ای ایجاد کرده که اتاق‌های طبقه‌ی بالا را نگاه خواهند داشت.

بنیان‌گذار XtreeE اشاره می‌کند که تاریخ معماری فرانسه به‌وضوح با بتن شناخته می‌شود: برای مثال، ماده‌ی مورد علاقه‌ی لکوربوزیه «بتن خام» یا «بتن اکسپوز» بوده است که اساس معماری بروتال است. با وجود این، یکی از اصول شرکت XtreeE این است که مصرف بتن را تا حد زیادی کاهش دهند. بنیان‌گذار این شرکت می‌گوید: «جهان در بتن ساخته شده است. تولید سیمان که ماده‌ی اصلی تشکیل‌دهند‌ی بتن است، ۸ درصد تولید جهانی کربن را شامل می‌شود. بتن ماده‌ی فوق‌العاده‌ای است، اما ما می‌خواهیم که آن را به شیوه‌ی به‌تری مصرف کنیم: فقط در جایی که رفتار سازه‌ای ضرورت دارد.»

نمونه ۳: صخره‌های مرجانی مصنوعی

شرکت XtreeE در پروژه‌ی دیگری به نام «نخستین صخره‌ی مرجانی مصنوعی جهان» نیز در حال ساخت یک سازه‌ی عجیب است. آن‌ها در این پروژه که با هم‌کاری شرکت مهندسی دریایی Seaboost انجام می‌شود، یک سازه بتن توخالی را طراحی کرده و ساخته‌اند، تا  بدین طریق بتوانند برخی جان‌داران بومی این قسمت از دریا را بازیابی کنند. این نقطه واقع در پارک ملی کالانکوئس در دریای مدیترانه و نزدیک ساواحل جنوبی فرانسه است.

مدیر XtreeE می‌گوید که اشکال تونلی نامنظم این صخره‌ی مصنوعی طراحی شده‌اند تا گونه‌هایی از ماهی‌ها، جلبک‌ها، حلزون‌ها، و سایر آب‌زیان مرجانی را تشویق  به بازگشت کند. جمعیت این موجودات طی سال‌های ۱۹۷۰ تا ۱۹۸۰ میلادی به دلیل انتشار زباله‌های دریایی از شهر مارسی شروع به کاهش کرد. این صخره‌ی مصنوعی با فضاها و سوراخ‌هایی که دارد، می‌تواند جای‌گزین لایه‌های آهکی اصلی شود و گونه‌های آسیب‌پذیر را از خطر شکارچیان حفظ کند.

اگرچه Kuhn، مدیر XtreeE می‌گوید که پرینت سه‌بعدی هنوز برای بسیاری از کاربردها از لحاظ هزینه به‌صرفه نیست، اما تغییراتی را در سیاست‌‌های دولت‌ها می‌بیند که شروع به تغییر در بازارها کرده است؛ مانند ابتکاراتی که امارات متحده‌ی عربی به کار گرفته تا ۲۵ درصد از ساخت‌های جدیدش را تا سال ۲۰۳۰ با پرینت سه‌بعدی انجام دهد، و هم‌چنین استراتژی ملی انگلیس برای ساخت افزایشی. او می‌گوید: «من فکر می‌کنم که آن‌چه درمورد پرینت سه‌بعدی در حال رخ‌داد است، چیزی شبیه به BIM (مدل‌سازی اطلاعات ساخت‌مان) خواهد بود. تأثیر پرینت سه‌بعدی در حفظ مواد و مصالح بسیار زیاد است و این، دولت‌ها را وادار به این سخن خواهد کرد: «این موضوع از لحاظ زیست‌محیطی قابل توجه است.»

نمونه ۴: پاویون‌ها و طاق‌های پیچیده

مجموعه‌ی Branch Technology در خلال فرآیندی به نام ساخت سلولی (C-fab)، می‌تواند یک مدل نرم‌افزاری معماری را به یک ساختار شبکه‌ای فرم‌آزاد تبدیل کند. این سازه‌ی توخالی سپس به‌وسیله‌ی ربات‌هایی که به صورت الگوریتمیک کنترل می‌شود پرینت سه‌بعدی خواهد شد و به صورت قالبی درخواهد آمد که با مصالح معمولی پر می‌شود. Platt Boyd بنیان‌گذار این مجموعه می‌گوید: «می‌توان شیوه‌ی ما را با ساختار سلولی مقایسه کرد. بخش‌های پرینت شده درواقع مانند غشای بیرونی سلول عمل می‌کنند و استحکام این سازه نیز با مواد پر کننده‌ی آن تأمین خواهد شد، موادی که در این مقایسه، در حکم خون و آب برای سلول‌اند.

در ژوئن ۲۰۱۸ این شرکت، طبق گزارشی، از بزرگ‌ترین سازه‌ی پرینت سه‌بعدی شده‌ی دنیا رونمایی کرد؛ طاق فرم‌آزادی با حدود ۱۳ متر قطر و ۶ متر ارتفاع که برای مجموعه‌ی OneC1TY در شهر Nashville امریکا ساخته شده است. این سازه با فیبر کربن سبک ساخته شده و می‌تواند تا ۳۰ سانت یخ، ۳ تا ۴ متر برف، و بادی با سرعت ۱۴۵ کیلومتر بر ساعت را تحمل کند.

پرینت سه بعدی در ساخت و ساز

اگرچه مطالعات اولیه نشان می‌داد که دهانه‌های بزرگ برای پای‌داری نیاز به سازه‌های فرعی فلزی دارند، اما مطالعات بعدی نشان داد که طراحی سازه‌های منحنی می‌تواند نیاز به این پشت‌بان‌های فلزی را به غیر از محل پی‌ریزی مرتفع کنند. این به این معناست که چنین پروژه‌ای می‌تواند با نصف هزینه‌ی سازه‌ی مشابه فلزی به انجام برسد.

مدیر این شرکت می‌گوید: «من یک معمار هستم، و ما معمولاً محدود به ساخت سازه‌های جعبه‌ای با هندسه‌ی ساده می‌شویم. معماری پارامتریک واقعاً موضوع شگفت‌انگیزی است، اما معمولاً یا محدود به تصاویر کامپیوتری شده و یا منحصر به پروژه‌های خیلی خاص، با هزینه‌‌ای بین ۸۰۰ تا ۱۵۰۰ دلار در هر متر مربع می‌شود. من درمورد چشم‌اندازی که این طراحی‌های خلاقانه با بودجه‌ی یک پروژه‌ی معمولی در برابرمان قرار می‌دهد هیجان‌زده‌ هستم.»

منبع: [+]