Imprimarea 3D în construcții: care sunt beneficiile?

La prima vedere, arată ca fațada oricărei alte clădiri pe jumătate terminate. Dar, la o inspecție mai atentă, vezi că nu există cărămizi. În schimb, straturi de material sunt lipite unul peste altul pentru a crea o structură complicată. Aceasta este lumea futuristă a imprimării 3D în construcții, în care brațele robotizate creează automat straturi de ciment, plastic sau alt material, pe o fundație, și „construiesc” o structură.

Índice

• Ce este imprimarea 3D în construcții?
• Imprimantele 3D în construcții: cum funcționează?
• Cinci exemple inovatoare
• Cum poate imprimarea 3D să fie de folos firmelor de construcții?
• Progresul imprimării 3D structurale
• Imprimarea 3D în inginerie civilă
• Construcția Wiki House cu imprimare 3D: în culisele conceptului
• Este imprimarea 3D un viitor sustenabil al construcțiilor?
• Dincolo de entuziasm
• Cum se poate integra imprimarea 3D cu construcțiile?
• Despre PlanRadar

În prezent, această abordare a construcțiilor rămâne o abordare de nișă – există doar câteva prototipuri de case și birouri imprimate 3D în întreaga lume. Cu toate acestea, tehnologia reprezintă o schimbare interesantă și potențial profundă în modul în care construim.

Ce este imprimarea 3D în construcții, care este potențialul ei și veți lucra la proiecte imprimate 3D în viitorul apropiat?

Ce este imprimarea 3D în construcții?

Imprimarea 3D în construcții poate implica fie utilizarea unei imprimante 3D atașată la un braț, care construiește, în mod activ, un proiect la fața locului, fie utilizarea imprimantelor într-o fabrică, care creează componente ale unui proiect de construcție, ce urmează să fie asamblate ulterior.

În ceea ce privește conceptul, imprimarea 3D nu este nouă – a fost dezvoltată pentru prima dată în anii 1980. Cu toate acestea, doar în ultimul deceniu, tehnologia s-a îmbunătățit suficient (și costurile au scăzut suficient) pentru a oferi posibilitatea de a fi utilizată la scară largă.

Imprimantele 3D nu se deosebesc foarte mult de imprimantele cu jet de cerneală atașate computerelor desktop. Un program software „spune” imprimantei despre dimensiunile produsului final. Imprimanta injectează apoi material pe o platformă, conform acelui plan. Imprimantele 3D folosesc adesea metale lichide, materiale plastice, ciment și o varietate de alte materiale, care apoi se răcesc sau se usucă, pentru a forma o structură.

Pentru imprimarea 3D în construcții, un program CAD sau BIM îi „spune” imprimantei 3D ce trebuie să imprime, iar mașinile încep apoi să stratifice nivelurile de material, conform planului.

IMPRIMANTELE 3D ÎN CONSTRUCȚII: CUM FUNCȚIONEAZĂ?

Conceptul de creare a imprimantei 3D este extrudarea strat cu strat a unui amestec specific, bazat pe un model computerizat tridimensional.

O combinație pregătită de ciment, umplutură, plastifiant și alte substanțe este pusă în coșul dispozitivului și trimisă spre capul de imprimare. Amestecul este pulverizat pe suprafața locației sau pe straturi imprimate anterior. Acesta este modul în care funcționează majoritatea imprimantelor 3D de construcție. Există trei tipuri de dispozitive pentru imprimarea 3D:

• Imprimante 3D cu brațe articulate. Formate dintr-un cadru, trei brațe articulate și un cap de imprimare. Cu ajutorul acestui tip de imprimantă, clădirile pot fi tipărite în secțiuni sau în întregime.

• Imprimante Delta. Nu sunt limitate de modelul tridimensional și pot produce forme mai complicate. Capul de imprimare este suspendat de pârghii atașate ghidajelor verticale.

• Și ultimul model, o imprimantă robotizată, prevăzută cu un robot sau o rețea de roboți, cum ar fi un manipulator industrial, echipat cu extrudere și controlat de un computer.

Exemple inovatoare

Până acum, doar câteva proiecte imprimate 3D au fost finalizate în sectorul construcțiilor. Iată cinci dintre cele mai promițătoare exemple:

1. Clădirea de birouri a municipalității Dubai, Emiratele Arabe Unite

În decembrie 2019, firma de roboți de imprimare 3D Apis Cor a anunțat că a finalizat cea mai mare clădire individuală imprimată 3D din lume. Clădirea de birouri, construită în Emiratele Arabe Unite, are o înălțime de 9,5 metri și o suprafață de 640 m2.

Imprimanta 3D a companiei Apis Cor a fost mutată în șantierul în aer liber, cu ajutorul unei macarale, în timp ce construia diferite părți ale structurii.

2. Biroul Viitorului, Emiratele Arabe Unite

O altă clădire impresionantă imprimată 3D din Emiratele Arabe Unite, Biroul Viitorului este o structură unică, care găzduiește, în prezent, (foarte inspirat) Fundația Viitorului din Emirate.

Pentru această clădire, imprimarea propriu-zisă a avut loc în afara locației, toate piesele fiind imprimate în 17 zile. Muncitorii au montat întreaga clădire în doar 48 de ore.

3. Casele imprimate 3D de WinSun, China

Firma chineză de imprimare 3D WinSun folosește imprimante 3D în cadrul fabricii sale, pentru a construi locuințe. Firma a creat câteva modele de case, inclusiv un bloc mic de apartamente. Utilizatorii proiectului pot imprima rapid și ieftin piesele, înainte de a le monta la fața locului.

Firma estimează că imprimarea unuia dintre blocurile lor de apartamente cu cinci etaje ar putea costa până la 161.000 de dolari.

Imprimarea 3D în construcții sună foarte promițător, dar care sunt beneficiile acestei abordări?

Cum poate imprimarea 3D să fie de folos firmelor de construcții?

Susținătorii modelelor de case și birouri comerciale imprimate 3D subliniază câteva beneficii ale acestei abordări:

• Zero deșeuri de construcții

Imprimarea 3D în construcții încurajează utilizarea materialelor naturale disponibile local. O astfel de practică ar putea ajuta la economisirea energiei necesare transportului, construcției și producției, deoarece majoritatea materialelor locale sunt procesate și instalate folosind mai puțină energie.

Dacă materialele tradiționale care conțin substanțe chimice toxice sunt înlocuite cu materiale naturale, nivelul de toxicitate al mediului de construcție poate fi redus semnificativ. În plus, materialele locale sunt adesea cele mai potrivite pentru condițiile climatice locale și pot contribui la reducerea nevoilor de încălzire și răcire, economisindu-se astfel și costurile de construcție.

• Reducción del consumo de energía

La impresión 3D en construcción fomenta el uso de materiales naturales y disponibles localmente. Esta práctica podría ayudar a ahorrar energía en el transporte, la construcción y la fabricación, ya que la mayoría de los materiales locales se procesan e se instalan utilizando menos energía. Si los materiales tradicionales que contienen sustancias químicas tóxicas se sustituyen por materiales naturales, se podría reducir la toxicidad en obra.

Además, los materiales locales suelen ser apropiados para las condiciones climáticas del lugar y pueden contribuir a reducir las cargas de calefacción y refrigeración, lo que a su vez ahorra costes de construcción.

• Reducerea duratei și a costurilor

Ca și în cazul AI în construcții, o imprimantă 3D poate funcționa 24 de ore pe zi, 7 zile pe săptămână. Acest lucru înseamnă că proiectele de construcție ar putea fi finalizate mult mai repede și ar putea fi evitate unele costuri cu forța de muncă slab calificată.

• Capacitatea de realizare a proiectelor neobișnuite

Una dintre cele mai atrăgătoare caracteristici ale imprimantelor 3D este capacitatea lor de a crea modele complexe și neobișnuite, inclusiv „unice”. Deoarece imprimantele 3D funcționează prin stratificarea materialului, acestea pot fi programate pentru a crea forme neobișnuite, care ar fi mult mai greu de construit folosind tehnici tradiționale.

• Reducerea la minimum a erorilor umane și îmbunătățirea siguranței

Statisticile BLS privind accidentele la locul de muncă, publicate în 2020, au indicat construcțiile ca una dintre ocupațiile cu cele mai mari rate de incidență. În fiecare zi, aproximativ 15 de muncitori își pierd viața pe șantier. Imprimarea 3D ar contribui probabil la reducerea numărului accidentelor de muncă și al deceselor, deoarece construcția devine mai programabilă și automatizată. Construcția robotică necesită informații digitale standardizate, precise și complete, datorită cărora imprimarea 3D este mai exactă și mai eficientă, reducându-se astfel la minimum nevoia de refacere a lucrărilor din cauza erorilor umane și a oricăror conflicte de informații. Posibilitatea de deteriorare a materialelor depozitate, a ansamblurilor sau a lucrărilor în curs de realizare este redusă, deoarece nu există depozitare și mutare a materialului pe șantier.

• Deschiderea unor piețe noi

Utilizarea unei imprimante 3D permite, de asemenea, firmelor de construcții să pătrundă în sectoare de afaceri care anterior nu le erau disponibile. Astfel, pentru companiile de construcții noi-nouțe, achiziția unei imprimante 3D devine un avantaj competitiv. În plus, imprimarea 3D este o modalitate excelentă pentru o firmă de construcții de a-și îmbunătăți reputația în rândul celor preocupați de impactul pe care îl au construcțiile din beton asupra mediului.

PROGRESUL IMPRIMĂRII 3D STRUCTURALE

Imprimarea 3D pentru consolidarea structurii, componentele la scară micro și oțelul structural pot revoluționa sfera proiectării, construcției și explorării spațiului. Mai mult decât atât, ESA (Agenția Spațială Europeană) consideră că metalele imprimate 3D creează forme complexe de înaltă calitate, la o fracțiune din cost, și pot deveni virale.

ESA împreună cu Comisia Europeană au pus la punct un proiect de perfecționare a imprimării componentelor metalice adecvate spațiului. Există 28 de parteneri industriali europeni care au participat la proiectul AMAZE Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste & Efficient Production of High-Tech Metal Products (Producție aditivă care vizează zero deșeuri și producție eficientă de produse metalice de înaltă tehnologie). Aproape totul poate fi proiectat de un computer, așa că AMAZE și-a manifestat clar dorința de a instala o imprimantă 3D la bordul unei nave spațiale. Astfel, când un astronaut are nevoie de un anumit instrument, acesta poate fi proiectat și imprimat cu ușurință.

IMPRIMAREA 3D ÎN INGINERIE CIVILĂ

În ultimul deceniu, imprimarea 3D în inginerie civilă a devenit din ce în ce mai populară în industriile de inginerie aerospațială și biomedicală. Promisiunea acestei tehnici de fabricație revoluționară constă în capacitatea sa de a construi orice formă geometrică fără constrângeri formale, reducând la minimum risipa de material și sporind, în același timp, performanța și rezultatele. Marșul industriei construcțiilor către automatizare a atins în ultima perioadă câteva etape semnificative, inclusiv crearea primelor structuri care utilizează brațe robotizate și tehnologia de imprimare 3D.

Utilizarea metodelor de imprimare 3D în crearea elementelor structurale din materiale polimerice, beton și metale devine din ce în ce mai comună. Aceste tehnici din inginerie civilă pot genera forme libere și arhitecturale inovatoare, datorită utilizării software-ului integrat în CAD. În ciuda eforturilor semnificative de cercetare în inginerie aerospațială și biomedicală pentru a evalua acest mecanism, continuă însă să nu fie complet înțelese utilizările, aplicațiile și impactul materialelor imprimate 3D în legătură cu structurile civile, atât în ceea ce privește proprietățile materialelor, cât și răspunsul structural.

CONSTRUCȚIA WIKI HOUSE CU IMPRIMAREA 3D: ÎN CULISELE CONCEPTULUI

Wiki House este un proiect inovator, creat de un grup mic de proiectanți din Londra, în 2011. Acesta oferă un sistem de construcție digitală open-source, care permite utilizatorilor să creeze, să descarce, să partajeze proiecte și să-și imprime propriile case. Kitul nu necesită pregătire și abilități speciale și poate fi construit într-o singură zi. Componentele pot fi tăiate digital dintr-o foaie de material convențional, cum ar fi placaj, folosind o mașină CNC, reducând timpul, cheltuielile și expertiza necesară în construcția tradițională. O casă standard cu două dormitoare poate fi construită pentru mai puțin de 50.000 de lire sterline, iar componente suplimentare, precum placarea, utilități, izolația și ferestrele pot fi adăugate cadrului. Prima casă construită folosind tehnologia open-source Wiki House a fost o clădire cu două etaje imprimată 3D. Aceasta a fost prezentată la London Design Festival în 2014.

Mișcarea Casa Wiki este condusă de Alastair Parvin, a cărui prezentare TED „Arhitecture for the people, by the people” se concentrează asupra perspectivelor imprimării 3D în construcții. Creatorii acestui proiect cred că Wiki House poate contribui la rezolvarea problemelor locative și că poate fi util în special în situații de urgență, cum ar fi condițiile post-cutremur (există deja dovezi că locuințele imprimate 3D pot rezista la un cutremur cu magnitudinea 8,0). În viitor, poate deveni o alternativă realistă pentru furnizarea de locuințe ieftine, în timp ce oferă clientului controlul asupra proiectului.

ESTE IMPRIMAREA 3D UN VIITOR SUSTENABIL AL CONSTRUCȚIILOR?

Imprimarea 3D are capacitatea de a modifica fundamental structura lanțurilor de aprovizionare, prin schimbarea modului în care produsele sunt proiectate și realizate. Potrivit cercetării, imprimarea 3D poate ajuta sectorul construcțiilor să devină mai fluid, mai eficient și mai durabil. Academicieni de la Universitatea de Științe Aplicate Saxion Ivo Kothman și Niels Faber susțin că tehnologia de imprimare 3D „schimbă regulile jocului”. Aceștia au efectuat un studiu privind fezabilitatea imprimării 3D a betonului, iar constatările lor pot fi rezumate după cum urmează:

• Imprimarea 3D scurtează lanțul de aprovizionare și întregul proces de proiectare. Datorită imprimării 3D la fața locului, pot fi eliminate mai multe faze din procesul de proiectare, reducându-se astfel semnificativ durata proiectului. Arhitecții, inginerii, contractanții, clienții și părțile executive, care trebuie de obicei să ofere informații în timpul procesului de proiectare a clădirii, nu mai sunt necesari, atunci când este utilizată imprimarea 3D. Pentru că toate aceste sarcini pot fi gestionate exclusiv de arhitect, care folosește tehnici de simulare și modelare, pentru a asigura integritatea structurală.
• Instalațiile de conducte și electrice devin mai simple și mai eficiente. În construcțiile tradiționale, sistemele de încălzire, izolația, apa curentă și electricitatea necesită instalare complexă la fața locului. Folosindu-se imprimarea 3D, unele dintre aceste funcționalități pot fi încorporate în procesul de imprimare 3D. Imprimarea pereților goi necesită mai puține resurse, îmbunătățește izolația și poate permite utilizarea canalelor imprimate 3D pentru a transporta apă caldă sau rece. În plus, prin eliminarea necesității de instalații realizate la fața locului, se poate reduce și cantitatea de deșeuri produsă.
• Proces logistic îmbunătățit. Imprimarea 3D are capacitatea de a elimina trei probleme cheie legate de logistica transportului. În primul rând, multe componente sunt deteriorate în timpul transportului, ceea ce poate fi evitat prin imprimarea la fața locului. În al doilea rând, pentru a face față condițiilor de transport, piesele trebuie să fie supra-proiectate, aspect ce implică cheltuieli suplimentare. O astfel de supra-inginerie ar fi eliminată prin imprimarea 3D la fața locului.
• Casele construite la comandă devin disponibile la scară largă. În mod tradițional, construirea unei case cu asistența unui arhitect este prea costisitoare pentru mulți consumatori. Având acces la imprimarea 3D a betonului, nu contează ce formă trebuie să imprimați pentru că nu influențează costul. Acest lucru înseamnă că, în viitor, mai mulți oameni vor putea să cumpere case la comandă, conform nevoilor lor.

Dincolo de entuziasm

În timp ce imprimarea 3D este cu siguranță un concept atrăgător, este important să vedem ce se ascunde în spatele entuziasmului legat de această inovație. Scepticii subliniază că există mai multe limitări ale tehnologiei:

• Costurile cercetării și dezvoltării

Majoritatea firmelor de construcții operează pe marje de profit relativ mici. Investiția necesară pentru a utiliza modele de imprimare 3D pe scară largă ar fi enormă.

• Există posibilitatea ca clienții să privească cu suspiciune conceptul?

Casele, birourile, magazinele sau alte structuri imprimate 3D sunt adesea impresionante la prima vedere. Dar, ar vrea majoritatea oamenilor să trăiască sau să lucreze într-o astfel de clădire? Mulți rămân atașați cultural de clădirile construite din cărămizi. Au mai fost și alte tehnologii, cum ar fi casele prefabricate, care au atras atenția în trecut, dar nu au reușit să prindă la public, în ciuda faptului că sunt adesea mai ieftine decât norma existentă.

• Dificultăți de integrare cu alte componente

Imprimantele 3D se pricep să transforme în realitate proiecte unice și interesante. Cu toate acestea, dacă doriți o clădire care încorporează o varietate de medii sau care este prevăzută cu elemente care nu se pretează imprimării 3D, va fi greu să încorporați o imprimantă 3D în procesul de construcție.

• Lipsa forței de muncă calificată

Având în vedere lipsa de forței de muncă în sectorul construcțiilor, imprimarea 3D va necesita un set de abilități și mai specializate, care ar trebui să fie alese dintr-o nișă mai mică de candidați. Așadar, găsirea de muncitori calificați, care să lucreze în medii de construcții de imprimare 3D, poate deveni o sarcină dificilă în viitor.

• Controlul calității construcției

Condițiile meteorologice pot încetini procesul tradițional de construcție, dar lucrurile se pot înrăutăți și cu imprimarea 3D. Factorii de mediu ar putea face ca imprimarea 3D în construcțiile comerciale să fie mai degrabă un eșec decât un succes. În plus, controlul calității în construcții poate fi o sarcină dificilă, care necesită monitorizare constantă de către ființe umane.

•  Lipsa codurilor și reglementărilor

Deși imprimarea 3D a făcut valuri în ultima vreme, nu a avut încă o influență semnificativă asupra sectorului construcțiilor. Probleme mai multe pot apărea mai degrabă atunci când firmele de construcții angajează imprimante decât când angajează oameni pentru a desfășura activități în construcții. În prezent, există multă ambiguitate cu privire la acest domeniu al imprimării 3D în construcții. Până când regulile și reglementările nu vor fi stabilite în mod clar, este puțin probabil ca imprimarea 3D să devină utilizată la scară largă în industria construcțiilor.

Integración de la impresión 3D en la construcción

Acum există dovezi solide care arată că imprimarea 3D este credibilă și aplicabilă în sectorul construcțiilor și, cel mai probabil, tehnologia va începe să fie prezentă din ce în ce mai des în industrie, în următorii ani.

În ce măsură aceste mașini vor fi utilizate pe șantiere sau dacă vor rămâne, în mare parte, un instrument pentru prefabricare, rămâne de văzut. Dar, pentru tipul potrivit de proiect, pare rezonabil să ne așteptăm ca imprimantele 3D să se alăture arsenalului de instrumente disponibile constructorilor.

Despre PlanRadar

PlanRadar ofrece soluciones de software móviles innovadoras para la industria de la construcción y real estate. Nuestra app está disponible en todos los dispositivos iOS, Android y Windows y ha ayudado a más de 7.000 clientes en más de 44 países a digitalizar el flujo de trabajo. Descubre la app aquí.

PlanRadar a fost înființată în 2013 și oferă soluții software inovatoare pentru dispozitive mobile, în industria construcțiilor și imobiliară. Aplicația noastră este disponibilă pentru toate dispozitivele iOS, Android și Windows și a ajutat peste 7.000 de clienți, din peste 44 de țări, să își digitalizeze fluxul de lucru. Aflați mai multe despre aplicație aici.

• Construcții
• Trenduri & Inovații