چاپ سه بعدی در معماری
پرینت سه بعدی یا چاپ سه بعدی در معماری، نوعی فناوری نمونه‌سازی سریع است. این فناوری از پودر فلز، پلاستیک و سایر مواد چسبناک برای ساخت اشیاء به‌صورت لایه‌‌لایه استفاده می‌کند. روند کار در این تکنولوژی بر اساس فایل‌های مدل دیجیتال است. چاپ سه بعدی در معماری یک فناوری نوظهور است که از تکنولوژی چاپ موجود در رایانه برای مهندسی ساختمان استفاده می‌کند. یعنی از طریق سرچاپ، مواد به‌صورت لایه‌به‌لایه روی هم انباشته شده و به یک محصول نهایی تبدیل می‌شوند. اساساً ساختار آن با چاپگرهای رومیزی یکسان است و از اجزای کنترل، اجزای مکانیکی، سرچاپ و مواد مصرفی تشکیل شده‌است.
به‌طور خودکار و تنها از طریق یک برنامه می‌توان مراحل ساخت پروژه را اجرایی کرد. هر پروژه‌ای! چه یک خانه یا گروهی از خانه‌ها، حتی اگر هر کدام شکل متفاوتی داشته باشند، قابل ساخت می‌باشند. در نهایت، هر مدل سه‌بعدی روی رایانه می‌تواند به کمک فناوری چاپ سه بعدی در معماری به یک ساختمان واقعی تبدیل شود. طی سال‌های اخیر، کشور چین با حمایت گسترده دولت برای ارتقاء این صنعت، به بزرگترین نیروی پشتیبان رشد پرینتر سه بعدی در آسیا تبدیل شده‌است. درادامه نگاهی دقیق خواهیم‌داشت به اینکه، پرینتر سه بعدی چه امکاناتی را برای صنعت ساختمان در کشور چین ارائه کرده‌است.
مزایا و معایب چاپ سه بعدی در معماری
یکی از بارزترین مزایای پروژه‌های ساخته شده توسط پرینتر سه بعدی، راندمان بالای آن است. برای ساخت یک خانه‌ی یک طبقه به مساحت ۴۶ مترمربع، حدوداً ۲۴ ساعت زمان نیاز است. از دیگر مزایای چاپ سه بعدی در معماری علاوه بر صرفه‌جویی در زمان، کاهش ضایعات ساختمانی است. به‌طور کلی، هر کارگاه ساختمانی در یک مساحت معمولی، حدود ۴ تن زباله تولید می‌کند. به‌طور مثال بتن مورد استفاده در ساخت کف به‌صورت یکنواخت اجرا می‌شود و تقریباً نیمی از آن هدر می‌رود. این امر برای محیط‌زیست بسیار مضر است، زیرا سیمان به‌عنوان جزء اصلی بتن، ۷% از گازهای گلخانه‌ای را تشکیل می‌دهد. پرینتر سه بعدی می‌تواند ضخامت سازه را بسیار دقیق تغییر دهد و از بتن فقط در موارد مورد نیاز استفاده کند. این فرآیند، “بهینه‌سازی توپولوژی” نامیده می‌شود. بهینه‌سازی توپولوژی یکی از انواع بهینه‌سازی سازه‌ای است که به دلیل تأثیر مستقیم بر فرم در حوزه معماری ظهور نموده‌است
دیجیتالی شدن روند چاپ
دیجیتالی شدن روند چاپ یکی دیگر از مزایای پرینتر سه بعدی است. این بدان معناست که طرح ارائه شده در رایانه را می‌توان مستقیماً به دستورکار پرینتر سه بعدی تبدیل کرد. این امر نیاز به تبدیل طرح‌های سه‌بعدی به نقشه‌های چاپ شده را از بین می‌برد. درنتیجه خطاها و مشکلات غیرضروری را کاهش می‌دهد و در هزینه‌ها صرفه‌جویی و تأخیر در تحویل کار را کاهش می‌دهد. دیجیتالی شدن مزایای دیگری نیز دارد، یعنی موانع موجود در مسیر خلاقیت در حین طراحی را برطرف می‌کند. معماران می‌توانند طرح‌های سفارشی یا نیمه سفارشی را با هزینه کمتری ارائه دهند.
با این وجود، در مقایسه با فناوری پرینتر سه بعدی معمولی، فناوری چاپ بتن بسیار دشوارتر است. لازم است اطمینان حاصل شود که بتن می‌تواند درحین چاپ به آرامی جریان یابد و بدون مسدودشدن وارد پرینتر شود. همچنین بتن خارج‌شده از چاپگر باید سریع سفت شود و آنقدر محکم باشد که در برابر لایه‌های بعدی مقاومت کند. در راستای رعایت اقدامات فوق، دستیابی به چسبندگی کافی بین این لایه‌ها نیز ضروری است. علاوه بر این، چاپ بتن سه‌بعدی نیازمند غلبه بر مجموعه‌ای از چالش‌ها در محیط کارگاه است. گردوغبار محیط، رطوبت و دما همه متغیرهایی هستند که بر عملکرد بتن تأثیر می‌گذارند، بنابراین این عوامل باید کنترل شوند. در ادامه نمونه‌های ساخته شده به کمک فناوری پرینتر سه بعدی را خواهیم‌دید.
اتاقک کتاب، محصول چاپ سه بعدی در معماری
این اتاقک توسط تیم پروفسور خو ویگو از دانشکده معماری دانشگاه Tsinghua، طراحی و اجرا شده‌است. این پروژه با دستگاه‌های چاپ بتن ساخته شده و مصالح مصرفی آن توسط اعضای تیم پرداخت شده‌است. این اتاقک در پارک علم و فناوری Baoshan Wisdom Bay شهر شانگهای واقع شده‌است. این مکان برای نمایش کتاب، جلسات دانشگاهی و جلسات کتاب‌خوانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ایده طراحی اتاقک کتاب از یک کانسپت مفهومی شروع شد. نخست با کمک نرم‌افزار MAYA و با توجه به نیازهای مدل‌سازی و ساختار فضایی پروژه، پیاده‌سازی مدل انجام شد. سپس از طریق برنامه‌ریزی و کدگذاری، فایل دیجیتال تکمیل شده و در مسیر چاپ قرار گرفت. در ادامه فایل‌های دیجیتالی، تجهیزات چاپ توسط ربات را هدایت کرده تا مواد لایه‌به‌لایه روی هم چیده شوند. بدین ترتیب شکل منحنی اتاقک کتاب ایجاد شد. مساحت داخلی اتاقک کتاب حدود ۳۰ مترمربع است و گنجایش ۱۵ نفر برای فعالیت‌های مختلف را دارد.
خانه بتنی، چاپ شده توسط پلتفرم موبایل پرینتر سه بعدی
پروژه‌ی بعدی نیز توسط تیم پروفسور خو ویگو از دانشکده معماری دانشگاه Tsinghua، طراحی و اجرا شده‌است. خانه بتنی بخشی از تحقیقات این تیم در زمینه “پلتفرم موبایل در چاپ سه‌بعدی روباتیک در بتن” و “سیستم ساخت سریع خانه‌های بتنی” است. پلتفرم موبایل شامل بازوی روباتیک متحرک با دستگاه پرینتر سه بعدی، ریل با سکوی بالابر موبایل و سکوی کشیدن است. سکوی چاپ فقط به دو نفر نیاز دارد که کنترل دکمه‌های روی سکوی موبایل را انجام دهند. این پلتفرم به‌طور قابل ملاحظه‌ای تکنیک پرینتر سه بعدی در بتن را ادغام و ساده می‌کند. همچنین دخالت نیروی انسانی در فرآیند چاپ و ساخت را به حداقل می‌رساند. این بستر امکان چاپ مستقیم و در محل تمام پایه‌ها، دیوارها و سقف‌ها را فراهم می‌کند. در نتیجه شاهد مراحل ساخت به‌صورت سریع و با هزینه کم خواهیم‌بود.
دهکده ابر، چاپ شده توسط روبات پرینتر سه بعدی
دهکده ابر توسط تیم فیلیپ فنگ یوان طراحی و اجرا شده‌است. یک غرفه نمایشگاهی دیجیتال که در Arsenale شهر ونیز واقع شده‌است. این دهکده دارای فرمی پیچشی است که دنباله‌ای از فضاهای باز و نیمه‌باز را در زیر یک سقف تشکیل داده‌است. دهکده ابر واقعیت معاصر روستاهای کشور چین را از طریق عملکردی معنادار و مادی منعکس کرده‌است. مواد پلاستیکی و بازیافتی استفاده شده در غرفه نشان دهنده بحران مسائل زیست‌محیطی در روستاهای معاصر کشور چین است. این بدان معناست که به یک بازاندیشی اساسی در روش‌های پایدار برای ساخت‌وساز در آینده نیاز داریم.
غرفه پارک نانجینگ، چاپ شده توسط روبات پرینتر سه بعدی
غرفه پارک نانجینگ، توسط معماران اتحادیه Fab و اتحادیه Archi، طراحی و اجرا شده‌است. این پروژه واقع در دروازه شرقی پارک موضوعی دره نانجینگ است. این غرفه بزرگترین معماری چاپ سه‌بعدی پلاستیکی جهان است که به تازگی مورد بهره‌برداری قرار گرفته شده‌است. در اواسط نوامبر۲۰۲۰ میلادی، هنگامی که پارک به‌طور رسمی افتتاح شد، طرح غرفه مطرح گردید. اکنون پس از تقریباً نیم‌سال بهره‌برداری، می‌توان گفت که فناوری پرینتر سه بعدی توسط ربات در آینده معماری تأثیرگذار خواهدبود.
در ادامه این مطلب را بخوانید:
خانه Tecla ، اولین خانه‌ی ساخته شده توسط چاپگر سه بعدی!
محدثه مُجدی
در اینستاگرام با همراه باشید
مجموعه اصول ارتباطی معمار و کافرما از تفاهم تا قرارداد
جستار هایی در حوزه معماری و کارآفرینی
کتاب کافرما ها پرواز نمی‌کنند!
