CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.2 Công nghệ in3D trong lĩnh vực xây dựng
Khái niệm về công nghệ in 3D trong xây dựng rất đa dạng, theo Wikipedia (Bách khoa tồn thư mở) thì In 3D Xây dựng (c3Dp) hoặc In Xây dựng 3D (3DCP) đề cập đến các công nghệ khác nhau sử dụng in 3D làm phương pháp cốt lõi để chế tạo các tòa nhà hoặc các cấu kiện xây dựng. Các thuật ngữ thay thế cũng được sử dụng, chẳng hạn như Sản xuất đắp dần quy mô lớn
(LSAM), hoặc Xây dựng tự do (FC), cũng liên quan đến các nhóm phụ như 'Bê tông 3D', được sử dụng để chỉ các công nghệ ép đùn bê tơng. [2].
Có nhiều phương pháp in 3D được sử dụng ở quy mô xây dựng, bao gồm các phương pháp chính sau: đùn (bê tơng /xi măng, sáp, bọt, polyme), kết dính bột (liên kết polymer, liên kết phản ứng, thiêu kết) và hàn đắp. In 3D ở quy mơ xây dựng sẽ có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực tư nhân, thương mại, công nghiệp và công cộng. Lợi thế tiềm năng của các công nghệ này bao gồm xây dựng nhanh hơn, chi phí lao động thấp hơn, tăng độ phức tạp hoặc độ chính xác, tích hợp nhiều hơn các chức năng và ít chất thải sinh ra.
Công nghệ này đã gia tăng đáng kể tính phổ biến trong những năm gần đây khi nhiều công ty mới nổi lên trên thị trường, bao gồm một số công ty được hỗ trợ bởi những ông lớn trong ngành xây dựng. Điều này dẫn đến một số cột mốc quan trọng, chẳng hạn như tòa nhà in 3D đầu tiên (Winsun), cây cầu in 3D đầu tiên (D-Shape), chi tiết in 3D đầu tiên trong một tịa nhà cơng cộng (XtreeE), tòa
nhà in 3D đầu tiên ở châu Âu và CIS (Specavia), tòa nhà in 3D đầu tiên ở Châu Âu được chính quyền (3DPrinthuset) chấp thuận hồn tồn và rất nhiều cơng trình khác.
Hình 2.2. Ngơi nhà văn phòng 3D ở Dubai được xây từ hỗn hợp xi măng và
Công nghệ in 3D trong xây dựng sử dụng máy in 3D để rải và xếp chồng vật liệu vữa theo từng từng lớp một để tạo thành cấu trúc xây dựng mong muốn. In 3D tiêu tốn ít thời gian và công sức hơn so với các phương pháp xây dựng truyền thống, do đó những ngơi nhà hoặc cơng trình xây dựng hay các sản phẩm xây dựng đúc sẵn được thi cơng theo cơng nghệ này có giá thành cạnh tranh nhiều hơn trên thị trường.
Hiện nay, phương pháp in 3D được sử dụng trong xây dựng với phương pháp chính là ép đùn bê tơng, vữa hoặc các vật liệu khác để tạo nên sản phẩm. In 3D giúp loại bỏ nhu cầu về khn đúc bằng cách rải chính xác từng lớp vữa được điều khiển bằng máy tính. Phương pháp đùn ép là bê tông hay vữa được bơm vào một ống dẫn với các đường kính khác nhau, đường ống gắn trên giàn hoặc cánh tay robot để định vị các lớp in, một đầu gắn với máy ép để đùn vữa, một đầu gắn với vòi in.
Vật liệu in thường là bê tơng cốt liệu mịn hay vữa có hàm lượng xi măng cao, với kích thước hạt cốt liệu tối đa theo thứ tự từ 2mm đến 3mm. Hình dạng của vịi in có thể khác nhau như dạng hình trịn, hình vng hoặc hình chữ nhật với các kích thước khác nhau tùy vào yêu cầu thiết kế.
Tốc độ đùn vật liệu thường tăng tuyến tính nằm trong khoảng 50mm/s đến 500mm/s. Hình dạng các khối in, hướng in sẽ phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế, nhưng có thể được chia thành 3 loại ứng dụng chính như sau:
In thành các phần độc lập hoặc để lắp ráp (Hình 2.3a).
In các cấu kiện như tường và cột tại chỗ (Hình 2.3b, 2.3c).
Hình 2.3. Ứng dụng cơng nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng