Մասնակից:Davit A. Hovakimyan/Ավազարկղ

Եռաչափ տպիչները շինարարությունում

Ներածություն

Եռաչափ տպագրությունը (3D printing) համագարգչով կառավարվող նյութերի հաջորդական շերտավորումն է եռաչափ մարմիններ ստանալու համար։ Այն հատկապես օգտակար է նախատիպերի և երկրաչափական բարդ բաղադրիչների արտադրության համար:

Դրա նախատիպը առաջին անգամ մշակվել է դեռևս 1980-ակնաններն, բայց այդ ժամանակների համար այն բավականին բարդ և թանկարժեք ծրագիր էր։ Միայն 2000 սկսած թվականից 3D տպիչները դարձան համեմատաբար պարզ և մատչելի լայն օգտագործման համար։ Այն հնարավորություն ընձեռեց մոդելավորել տարբեր առարկաներ՝ աշխատանքային գործիքներ, էլեկտրական տեխնիկաններ, պլաստմասսե մարմիններ, մետաղամշակման համար սարքավորումներ, կոշիկներ։ Դրա կիրառությունը բավականին խոստումնալից է տիեզերագնացությունում և բժշկությում։

3D տպիչների վաճառքները կտրուկ աճել են, և 2005 թվականից սկսած ՝ 3D տպիչները նախատեսված տնային օգտագործման համար դարձել են համեմատաբար լայնատարած:
Շինարարական արդյունաբերության համար մշակված 3D տպագրության համակարգերը կոչվում են «շինարարական 3D տպիչներ»:

Նյութի 3D թվային մոդելը ստեղծվում է համակարգչային օժանդակ դիզայնով (CAD) կամ 3D սկաների միջոցով: Այնուհետև տպիչը կարդում է դիզայնը և սկսում տպման գործընթացը հաջորդաբար դնելով մեկը մյուսի վրա նյութի շերտերը (սա կարող է լինել հեղուկ, փոշի կամ թիթեղային նյութ), որոնք միացվում են կամ միաձուլվում՝ նյութը ստեղծելու համար: Գործընթացը կարող է դանդաղ լինել, բայց այն հնարավորություն է տալիս ստեղծել գրեթե ցանկացած ձև:

Կախված տեխնիկայի տեսակից, տպիչը կարող է միաժամանակ արտադրել բազմաթիվ բաղադրիչներ, կարող է օգտագործել բազմաթիվ նյութեր և կարող է օգտագործել բազմաթիվ գույներ: Ճշգրտությունը կարող է մեծացվել բարձր որակի լուծաչափի օգնությամբ։

Նման նյութերը, ինչպիսիք են մետաղը, կարող են թանկ արժենալ տպագրության համար, և այս դեպքում ավելի նպատակահարմար կարող է լինել կաղապար տպելը, այնուհետև դրա օգտագործումը որևէ իր ստեղծելու համար:

Շինարարություն

Շինարարության ոլորտում 3D տպագրությունը կարող է օգտագործվել շինարարական բաղադրիչներ ստեղծելու կամ ամբողջ շենքեր «տպելու» համար: Շինարարությունը հարաբերականորեն հարմար է 3D տպագրությունով, քանի որ իրերի ստեղծման համար անհրաժեշտ տեղեկատվության մեծ մասը գոյություն կունենա նախագծման գործընթացի արդյունքում, և այս բնագավառը արդեն փորձառու է համակարգչային օժանդակ արտադրության մեջ: Հատկապես վերջերս շենքերի տեղեկատվական մոդելավորման ի հայտ գալը կարող է նպաստել 3D տպագրության ավելի մեծ օգտագործմանը:

Շինարարական 3D տպագրությունը կարող է թույլ տալ ավելի արագ և ավելի ճշգրիտ կառուցումը բարդ կամ պատվերով իրերի, ինչպես նաև նվազեցնել աշխատուժի կիրառումը և թափոնների վատնումը: Այն կարող է նաև հնարավորություն տալ շինարարությունն իրականացնել դժվար հասանելի կամ վտանգավոր միջավայրերում, որոնք մարդկային գործնեության համար այդքան էլ հարմար չեն, օրինակ՝ տիեզերքում:

Նախագծերի օրինակներ

Կալիֆոռնիայի համալսարանի պրոֆեսոր Բեհրոխ Խոշնևիսը մշակել է «կոնտուրի պատրաստման» գործընթաց ՝ բետոնի միջոցով ՝ տան արտաքին և ներքին պատերի փոքրածավալ մոդելներ արտադրելու համար և փորձարկում է հսկայական փոխադրելի 3D տպիչ, որը կարող է օգտագործվել տան պատերի կառուցման համար 24 ժամվա ընթացքում: Ռոբոտային համակարգը պահանջում է հարթ գետնին սալաքար՝ համարկարգը ամրացնելու համար: Երկաթե ոտքերը սարքի տեղադրվում են երկու կողմերում շենքի: Սարքը, որը շարժվում է համակարգչով աշխատող ճարմանդի միջոցով, այնուհետև արտադրում է բետոնի շերտեր: Շերտերը կուտակվում են ՝ կազմելով յուրաքանչյուր պատի ներքին և արտաքին շերտերը ՝ թողնելով դրանք հետագայում մեկուսիչով կամ բետոնով լցնելու համար:

2014 թվականի հուլիսին չինական «Qingdao Unique Products Develop Co» ընկերությունը ներկայացրել է աշխարհի ամենամեծ 3D տպիչը Ցինդաոյում 3D տպագրության տեխնոլոգիական արդյունաբերության համաշխարհային համաժողովում և ցուցահանդեսում: Նրա առաջին աշխատանքը կլինի 7 մ բարձրությամբ տաճար տպելը:

Իսպանիայում, աշխարհում 3D- ով տպված առաջին հետիոտնային կամուրջը (3DBRIDGE) բացվեց 2016 թվականի դեկտեմբերի 14-ին Մադրիդի Ալկոբենդաս քաղաքի Կաստիլյա-Լա Մանչա քաղաքային զբոսայգում: Օգտագործված 3DBUILD տեխնոլոգիան մշակվել է ACCIONA-ի կողմից, որը պատասխանատու էր կառուցվածքային դիզայնի, նյութերի մշակման և 3D տպագրված տարրերի արտադրության համար: Կամուրջի ընդհանուր երկարությունը 12 մ է, լայնությունը՝ 1,75 մ, տպագրված է միկրո երկաթբետոնով։ Ճարտարապետական նախագծումը կատարվել է Կատալոնիայի առաջադեմ ճարտարապետության ինստիտուտի (IAAC) կողմից:

Հետիոտնային կամրջի կառուցման համար օգտագործված 3D տպիչը արտադրվել է D-Shape ընկերության կողմից: Եռաչափ տպագրված կամուրջն մշակվել է պարամետրիկ ձևավորման և հաշվարկային ձևավորման միջոցով, ինչը թույլ է տալիս օպտիմալացնել նյութերի բաշխումը և առավելագույնի հասցնել կառուցվածքային կատարողականությունը ՝ կարողանալով նյութը կիրառել միայն այնտեղ, որտեղ դա անհրաժեշտ է: . Ալկոբենդասի 3D տպագրված կամուրջը համաշխարհային մակարդակով կարևորագույն իրադարձություն էր շինարարության ասպարեզում, քանի որ այս նախագծում առաջին անգամ լայնածավալ 3D տպագրության տեխնոլոգիա է կիրառվել հանրային շինարարության ոլորտում:

3D տպագրված շենքեր

3D Print Canal House- ը իր տեսակի մեջ առաջին լիարժեք շինարարական նախագիծն էր: Կարճ ժամանակամիջոցում Kamermaker ը հետագայում զարգացավ `իր արտադրողականության արագությունը 300%-ով բարձրացնելով: Այնուամենայնիվ, սա բավարար արագ չի եղել, որպեսզի հավակնի «Աշխարհի առաջին 3D տպագիր տան» կոչմանը:

Եվրոպայում և ԱՊՀ-ում առաջին բնակելի շենքը, որը կառուցվել է 3D տպագրության կառուցման տեխնոլոգիայով, Յարոսլավլում (Ռուսաստան) է՝ 2985 քառ. մետր մակերեսով։ Շենքի պատերը տպվել են SPECAVIA ընկերության կողմից 2015թ․-ի դեկտեմբերին: Պատերի 600 տարրեր տպվել են կազմակերպությունում և հավաքվել շինհրապարակում: Տանիքի կառուցվածքը և ներքին հարդարանքը ավարտելուց հետո ընկերությունը 2017թ․-ի հոկտեմբերին ներկայացրեց լիովին ավարտված 3D շենքը։ Այս նախագծի առանձնահատկությունն այն է, որ աշխարհում առաջին անգամ շինարարության ամբողջ տեխնոլոգիական պահանջները բավարարել է։

դիզայն
շինարարության թույլտվություն
շենքի գրանցում
բոլոր ինժեներական համակարգերի կապակցում

Յարոսլավլի 3D տան կարևոր առանձնահատկություն այն է, որը տարբերում է այս նախագիծը մյուս իրականացվածներից, որ սա ուղղակի ներկայացման համար նախատեսված կառույց չէ, այլ ավելի շուտ լիարժեք բնակելի շենք: Այսօր այն իսկական, սովորական, ընտանիքի տուն է։

Հոլանդական և չինական ցուցադրական նախագծերը դանդաղորեն կառուցում են 3D տպագրությամբ շենքեր Չինաստանում, Դուբայում և Նիդեռլանդներում։ Նրանք ջանքեր գործադրելով ՝ փորձում են հասարակությանը կրթել և ծանոթացնել նոր տեխնոլոգիայի հնարավորություններին և խթանել նորանոր բնակելի շենքերի 3D տպագրությանը: Փոքր բետոնե տունը 3D տպագրվել է 2017 թվականին։

The Building on Demand (BOD), Եվրոպայում առաջին 3D տպագրված տունը, COBOD International-ի կողմից (նախկինում հայտնի է որպես 3DPrinthuset, այժմ նրա քույր ընկերություն) ղեկավարվող նախագիծ է Կոպենհագենում, Նորդհավն շրջանում գտնվող 3D տպագրությամբ փոքր գրասենյակային հյուրանոցի համար: Շենքը նաև 3D տպագրված առաջին մշտական շենքն է, որտեղ առկա են բոլոր թույլտվությունները և լիովին հաստատված իշխանությունների կողմից: 2018 թվականի դրությամբ շենքը ամբողջությամբ ավարտված և կահավորված էր։

Տիեզերական տպագիր կառույցներ

Շենքերի տպագրությունը առաջարկվել է որպես հատկապես օգտակար տեխնոլոգիա՝ երկրից դուրս բնակավայրերի կառուցման համար, ինչպիսիք են Լուսնի կամ Մարսի բնակավայրերը: 2013 թվականի դրությամբ Եվրոպական տիեզերական գործակալությունը աշխատում էր Լոնդոնում տեղակայված Foster + Partners- ի հետ ՝ ուսումնասիրելու լուսնային բազաների տպագրման ներուժը սովորական 3D տպագրության տեխնոլոգիայի միջոցով : Ճարտարապետական ընկերությունը 2013-ի հունվարին առաջարկեց շենքերի կառուցման տեխնոլոգիան 3D-տպիչի օգնությամբ, որը կօգտագործեր լուսնային ռեգոլիթի հումքը `լուսնային շինություններ արտադրելու համար: Ընդհանուր առմամբ, այս բնակավայրերը կպահանջեն կառուցվածքի զանգվածի միայն տասը տոկոսը տեղափոխել Երկրից, իսկ կառույցի զանգվածի մյուս 90 տոկոսի համար օգտագործել տեղական լուսնային նյութեր: Գմբեթավոր կառույցները կլինեին ծանրակշիռ, որի կառուցվածքը կնամանվեր փակ բջիջների կառուցվածքին, որը կհիշեցնի թռչնի ոսկորների տեսքը։ Այս հայեցակարգում «տպված» լուսնային հողը կապահովի ինչպես «ճառագայթման, այնպես էլ ջերմաստիճանի մեկուսացում» Լուսնի բնակիչների համար: Շինարարական տեխնոլոգիան խառնում է լուսնային նյութը մագնեզիումի օքսիդի հետ, որը «լուսնային նյութը կվերածի միջուկի, որը կարելի է ցողել՝ բլոկը ձևավորելու համար», երբ կիրառվի կապող աղ, որը «փոխակերպում է այս նյութը քարանման պինդի»:Նախատեսվում է նաև ծծմբային բետոնի մի տեսակ:

3D կառուցվածքային տպագրության համար նախագծվել են լուսնային ենթակառուցվածքների մի շարք տարրեր, ներառյալ վայրէջքի բարձիկներ, պայթյունից պաշտպանվող պատեր, ճանապարհներ, կախարաններ և վառելիքի պահեստ: 2014 թվականի սկզբին ՆԱՍԱ-ն ֆինանսավորեց մի փոքր ուսումնասիրություն Հարավային Կալիֆորնիայի համալսարանում, որպեսզի հետագայում զարգացնի Contour Crafting 3D տպագրության տեխնիկան: Այս տեխնոլոգիայի պոտենցիալ կիրառումը ներառում է այնպիսի նյութի լուսնային կառուցվածքների կառուցում, որը կարող է բաղկացած լինել մինչև 90 տոկոս լուսնային նյութից, այն նյութի միայն տասը տոկոսն է, որը պահանջում է երկրից տեղափոխում դեպի Լուսին:

ՆԱՍԱ-ն նաև այլ տեխնիկա է ուսումնասիրում, որը ենթադրում է լուսնային փոշու մանրացում ՝ օգտագործելով ցածր էներգիայի (1500 Վտ) միկրոալիքային էներգիա: Լուսնի նյութը կկապվի 1200-ից 1500 °C (2190-ից 2730 °F) տաքացման միջոցով, որը փոքր-ինչ ցածր է հալման ջերմաստիճանից, որպեսզի նանոմասնիկների փոշին միաձուլվի պինդ բլոկի մեջ, որը նման է կերամիկային, և դա չի պահանջում կապող նյութի տեղափոխում Երկրից, ինչպես պահանջվում է Foster+Partners, Contour Crafting և D-ձևի մոտեցումներով արտաերկրային շենքերի տպագրության համար: Այս տեխնիկայով լուսնային բազայի կառուցման մեկ հատուկ առաջարկվող ծրագիր կկոչվի SinterHab և կօգտագործի JPL վեց ոտանի ԱԹԵԼՏ ռոբոտը լուսնային կառույցներ ինքնավար կամ տելերոբոտիկ կառուցելու համար:

Շինարարության արագությունը

Չինական WinSun ընկերությունը մի քանի տուն է կառուցել ՝ օգտագործելով մեծ 3D տպիչներ ՝ օգտագործելով արագ չորացող ցեմենտի և վերամշակված հումքի խառնուրդ: Ըստ Winsun-ի՝ տասը ցուցադրական տներ կառուցվել են 24 ժամվա ընթացքում, որոնցից յուրաքանչյուրն արժեցել է 5000 ԱՄՆ դոլար (առանց հիմքերի, ծառայությունների, դռների/պատուհանների և տեղադրման): Այնուամենայնիվ, շինարարական 3D տպագրության դոկտոր Բեհրոխ Խոշնևիսը պնդում է, որ դա կեղծվել է, և որ WinSun-ը գողացել է իր մտավոր սեփականությունը:

Ծանոթագրություններ

https://en.wikipedia.org/wiki/Construction_3D_printing

https://constructionblog.autodesk.com/3d-printing-construction/

https://www.inexhibit.com/case-studies/3d-printing-in-construction-where-are-we-now/