Công nghệ in 3D trong xây dựng: Đặc điểm và ứng dụng thực tế

Trong thời đại công nghệ đang không ngừng biến đổi, công nghệ in 3D trong xây dựng đã mở ra một kỷ nguyên mới của sự sáng tạo và hiệu quả. Không chỉ làm thay đổi cách chúng ta nghĩ về kiến trúc và thiết kế, mà còn thay đổi toàn bộ quy trình xây dựng từ cơ bản đến phức tạp. Công nghệ in 3D không chỉ mang lại lợi ích về mặt thời gian và chi phí, mà còn mở ra cánh cửa mới cho sự bền vững và tính linh hoạt trong xây dựng. Bên cạnh đó còn có những hạn chế nào khiến công nghệ này còn khó tiếp cận và sử dụng? Hãy cùng VR360 tìm hiểu dưới bài viết này nhé!

I. Công nghệ in 3D trong xây dựng là gì

Công nghệ in 3D trong xây dựng là một phương pháp sử dụng máy in 3D để chế tạo các tòa nhà hoặc các bộ phận công trình với cách in 3D chính là ép đùn.

Các dự án xây dựng bằng công nghệ in 3D thường bắt đầu với bản thiết kế kỹ thuật số của công trình cần được xây dựng. Bản thiết kế kỹ thuật số này hầu như được chia thành nhiều lớp. Sau đó hệ thống máy in 3D sẽ di chuyển theo đường dẫn được lập trình sẵn, ép đùn từng lớp vật liệu cho đến khi hoàn thành một lớp. Sau khi hoàn thành một lớp, nó sẽ bắt đầu lớp tiếp theo trên lớp trước đó và quá trình sẽ liên tục lặp lại như vậy cho đến khi toàn bộ cấu trúc được hoàn thành.

Điều này khác với các phương pháp truyền thống là thường tạo ra các kết cấu bằng cách cắt, hàn hoặc nối vật liệu. Công nghệ in 3D mang lại độ chính xác cao khi tạo ra các bộ phận công trình phức tạp.

Trong thời kỳ ban đầu, việc sử dụng công nghệ in 3D chủ yếu tập trung vào việc sản xuất các mô hình 3D như gạch hoa văn, đồ trang trí, mẫu thử và các thành phần nhỏ không cấu trúc. Nhưng với sự tiến bộ của công nghệ, công nghệ in 3D bây giờ đã có khả năng tạo ra gần như toàn bộ kiến trúc của một tòa nhà.

Quá trình in sử dụng công nghệ này được chia làm 3 công đoạn:

     - Thiết kế mô hình 3D của công trình.

     - Thi công công trình.

     - Thực hiện bước gia công cuối cùng.

Công nghệ in 3D được áp dụng trong ngành xây dựng thường tận dụng đa dạng vật liệu như bê tông, gạch, nhựa cứng, kim loại, và thậm chí cả những vật liệu phức tạp như sợi thủy tinh gia cố. Máy in 3D chuyên nghiệp quy mô lớn được thiết kế để xây dựng các công trình lớn và có cấu trúc phức tạp mà trước đây đòi hỏi phải làm việc thủ công tốn nhiều thời gian và công sức.

Tuy nhiên, công nghệ in 3D trong xây dựng cũng phải đối mặt với nhiều thách thức như việc phải phát triển vật liệu phù hợp với quy trình in 3D, cải thiện tốc độ in 3D để áp dụng trong các dự án thực tế, và đảm bảo tuân thủ các quy định về xây dựng và an toàn.

II. Ứng dụng của in 3D trong xây dựng

2.1 Tạo khuôn mô hình

Trong lĩnh vực xây dựng, khuôn là một trong những vật liệu phổ biến được sử dụng để đúc bê tông, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành bê tông từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn. Không chỉ đóng vai trò trong việc tạo hình các cấu trúc và bề mặt, chất liệu của khuôn cũng đóng vai trò quan trọng đối với chất lượng của thành phẩm bê tông cuối cùng.

Tạo khuôn là phần khá tốn kém của quá trình sản xuất. Nhưng đây là một bước thiết yếu trong ngành xây dựng và thường được thực hiện thủ công. Việc tạo khuôn mẫu có thể khó khăn trong giai đoạn đầu và có thể hạn chế khả năng cải tiến sản phẩm. Sử dụng in 3D trong xây dựng vào chế tạo khuôn mẫu cho bê tông có thể tiết kiệm chi phí với các vật liệu kỹ thuật chất lượng cao, tiết kiệm được thời gian và chất lượng khuôn cũng rất tốt.

2.2 Tạo dụng cụ cố định

Dụng cụ cố định (đồ gá) là vật liệu được sử dụng để định vị và cố định phôi hay các chi tiết trong quá trình gia công, giúp đảm bảo sự chính xác của sản phẩm sau quá trình sản xuất. Chúng là một vật liệu không thể thiếu trong ngành công nghiệp cơ khí, đặc biệt là trong quá trình gia công cơ khí chính xác.

Sử dụng công nghệ in 3D trong ngành xây dựng giúp vượt qua các rào cản sản xuất bằng việc tạo ra các công cụ hỗ trợ như khuôn và dụng cụ cố định. Điều này làm tăng hiệu quả và tiết kiệm chi phí trong quá trình sản xuất.

2.3 In 3D bê tông

Ngành xây dựng mang đến gần 50% lượng rác thải trên toàn cầu. Vì vậy, mục tiêu cấp thiết hiện nay là xây dựng bền vững nhưng vẫn phải đảm bảo thân thiện với môi trường. Việc ứng dụng công nghệ in 3D để sản xuất khuôn bê tông là một trong những phương án phát triển bền vững trong ngành xây dựng. Nhiều công ty đã nghiên cứu và sản xuất máy in bê tông cao để in tường hoặc kết cấu bê tông khô nhanh và có thể ghép thành nhiều loại nhà khác nhau. Quy trình công nghệ in 3D mới còn giúp tối ưu hóa lượng bê tông cần thiết cho thi công công trình.

Tuy chưa thực sự phát triển và phổ biến nhưng in bê tông 3D giúp nâng cao chất lượng xây dựng, rút ngắn thời gian, đảm bảo an toàn, sự linh hoạt và thân thiện với môi trường hơn so với các phương pháp thi công truyền thống.

III. Ưu điểm và nhược điểm

3.1 Ưu điểm của công nghệ in 3D trong xây dựng

     - Rút ngắn thời gian thi công: Xây dựng nhà bằng phương pháp in 3D nhanh hơn rất nhiều lần so với phương pháp nhà truyền thống. Thông thường, thời gian thi công chỉ khoảng vài ngày. Do đó, giai đoạn thiết kế công trình 3D sẽ chiếm phần lớn thời gian.

     - Giảm số lượng nhân công: Công nghệ in 3D trong xây dựng cần rất ít công nhân. Khi máy in 3D bắt đầu hoạt động, chỉ cần 1 đến 2 người thực hiện công việc giám sát máy móc. Khi quy trình xây dựng được thực hiện quy mô lớn theo các bản thiết kế đã có sẵn thì bài toán lao động sẽ được giải quyết một cách hiệu quả.

     - Giảm thiểu thiệt hại: Có thể nói công nhân xây dựng là một trong những nghề có tỷ lệ rủi ro cao nhất. Nếu in 3D được sử dụng trong xây dựng, quy trình sẽ trở nên tự động hóa. Từ thời điểm đó trở đi, mọi thiệt hại cho con người sẽ giảm đi rất nhiều.

     - Tiết kiệm chi phí: Khác với các phương pháp xây dựng truyền thống, công nghệ in 3D có thời gian thi công ngắn, ít tốn nhân lực. Đó là lý do tại sao sử dụng công nghệ in 3D trong xây dựng có thể giúp tiết kiệm được một lượng chi phí đáng kể.

3.2 Nhược điểm của công nghệ in 3D trong xây dựng

     - Chi phí đầu tư ban đầu cao: Ứng dụng in 3D trong xây dựng đồng nghĩa với việc đưa công nghệ mới vào sản xuất nên chi phí ban đầu chắc chắn sẽ tăng lên. Ngoài ra, khi các đơn vị thay đổi mô hình xây dựng, họ đang lãng phí mô hình xây dựng cũ.

     - Thiếu hụt nguồn lao động chất lượng: Sử dụng in 3D đòi hỏi kỹ sư phải có kỹ thuật chuyên môn đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết. Điều này khiến cho việc tuyển dụng nhân sự trở nên khó khăn hơn. Với tình trạng khan hiếm lao động trong ngành xây dựng, việc tìm kiếm người có khả năng sử dụng công nghệ in 3D có thể trở thành một thách thức trong tương lai.

     - Khó kiểm soát chất lượng: Thời tiết có thể làm chậm tiến độ xây dựng và nó còn gây ảnh hưởng đáng kể hơn khi sử dụng in 3D. Quản lý chất lượng trong quá trình xây dựng có thể gặp phải những thách thức phức tạp. Nếu không được giám sát cẩn thận, chất lượng của sản phẩm in 3D có thể trở nên tốn kém một cách không cần thiết.

     - Quy định chưa rõ ràng: Mặc dù gần đây đã xuất hiện một số quy định liên quan đến in 3D nhưng vẫn chưa đủ để tác động sâu sắc đến ngành xây dựng. Sử dụng máy in thay vì con người có thể dẫn đến các vấn đề pháp lý liên quan đến nhân quyền. Do sự không chắc chắn về quy định xung quanh việc in 3D, không có gì đảm bảo rằng in 3D sẽ đóng góp đáng kể cho ngành xây dựng.

Mặc dù vẫn còn những thách thức và hạn chế, nhưng tương lai của công nghệ in 3D trong xây dựng vẫn đầy hứa hẹn. Sự sáng tạo kết hợp với khả năng vượt qua khó khăn có thể giúp công nghệ in 3D trở thành công cụ quan trọng, góp phần chuyển đổi và phát triển bền vững của ngành này.

Tìm hiểu thêm về: Công nghệ web 360 trong xây dựng

IV. Cách hoạt động của công nghệ in 3D trong xây dựng hiện nay

Hiện nay, công nghệ in 3D đang thúc đẩy việc xây dựng các công trình với quy trình tiên tiến như sau:

• Máy in 3D tạo ra các bức tường bằng cách tạo thành từng lớp bê tông lỏng được lắng đọng một cách liên tục.
• Đầu đùn của máy in có thể được hỗ trợ bằng cần trục hoặc cánh tay robot, tạo ra sự linh hoạt trong quá trình xây dựng.
• Trong quá trình này, việc điều chỉnh hỗn hợp bê tông là vô cùng quan trọng. Hỗn hợp này cần đủ lỏng để dễ dàng đùn ra bằng vòi phun, nhưng không được quá nhiều để tạo thành các lớp đồng đều.
• Đặc điểm đáng chú ý là không cần sử dụng bất kỳ ván khuôn hoặc cấu trúc cố định nào cho đến khi bê tông đông cứng.
• Sau khi bê tông đã đông cứng, công việc tiếp theo là đưa vật liệu cách nhiệt vào các hốc tường và khe hở. Điều này giúp cải thiện khả năng cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng cho công trình.
• Ngoài ra, không chỉ dừng lại ở việc tạo ra cấu trúc bên ngoài, máy in 3D còn có khả năng tạo ra các thành phần nội thất như bếp, bồn tắm...

Khi xây dựng nhà cửa và công trình, không giống như bê tông truyền thống, bê tông gốc xi măng dùng để in 3D được trộn với chất siêu dẻo. Trên thực tế, các vật liệu được sử dụng để in 3D trong xây dựng bao gồm xi măng, cát, cát nghiền, tro, chất phụ gia dẻo, phụ gia ổn định độ chảy (phụ gia lưu biến),… với một tỷ lệ hợp lý, phụ thuộc vào kích thước đầu in, tốc độ in và nhiệt độ môi trường trong quá trình thi công.

Tuy nhiên, phương pháp này vẫn gặp phải một số thách thức, đặc biệt là yêu cầu máy in 3D phải đủ lớn để bao phủ toàn bộ ngôi nhà. Do đó, một cách tiếp cận khác nhỏ gọn hơn đã được đưa ra, bằng việc in 3D từng bộ phận rồi lắp ghép chúng lại để tạo thành một ngôi nhà in 3D hoàn chỉnh.

V. Công nghệ in 3D tại Việt Nam

Tại Việt Nam, công nghệ in 3D trong xây dựng hiện chỉ đang dừng lại ở việc tạo ra các mô hình thử nghiệm công trình từ các mô hình 3D. Điều này giúp cho nhóm thiết kế có thể đánh giá được thiết kế và cấu trúc của công trình. Sau đó, họ đưa ra những điều chỉnh phù hợp cho từng dự án xây dựng để tìm ra giải pháp tối ưu nhất về chi phí, thời gian và nguồn lực. Trong tương lai, nhu cầu về nhà ở dự kiến sẽ tăng lên, và việc áp dụng công nghệ in 3D trong ngành xây dựng được xem là một biện pháp có thể tăng cường hiệu suất xây dựng.

Có thể thấy công nghệ in 3D trong xây dựng không chỉ là một xu hướng mới mẻ mà còn là một bước tiến vượt bậc trong ngành công nghiệp xây dựng. Với khả năng tạo ra các công trình phức tạp, giảm thiểu chi phí và thời gian thi công, công nghệ in 3D đang mở ra một kỷ nguyên mới của sự sáng tạo và hiệu quả. Hãy cùng VR360 chờ đón những đổi mới tiếp theo mà công nghệ này sẽ mang lại trong tương lai nhé!

LIÊN HỆ HỢP TÁC CÙNG VR360 
VR360 – ĐỔI MỚI ĐỂ KHÁC BIỆT 
- Facebook: https://www.facebook.com/vr360vnvirtualtour/
- Hotline:  0935 690 369  
- Email: infor@vr360.com.vn 
- Địa chỉ:

• 123 Phạm Huy Thông, Sơn Trà, Đà Nẵng
• Toà nhà Citilight, số 45 Võ Thị Sáu, Đakao, Quận 1, TP Hồ Chí Minh
• 3B Đặng Thái Thân, Phan Chu Trinh, Hoàn Kiếm, Hà Nội