“Xây nhà bằng máy in” sẽ như thế nào?

Ngày nay, công nghệ 3D đã có những bước đi đáng kể và nhanh chóng vào cuộc sống con người. Nhờ đó, những công trình được xây bằng máy in 3D hiện nay không còn là điều xa lạ và đang dần trở thành xu thế mới của ngành xây dựng.

Công nghệ in 3D trong xây dựng

In 3D là công nghệ tạo mẫu nhanh, sử dụng vật liệu kết dính, kim loại hay nhựa để tạo ra các vật thể bằng cách in từng lớp dựa trên các tệp mô hình kỹ thuật số.

Xây dựng những ngôi nhà bằng công nghệ in 3D đang mở ra giải pháp cho loại hình nhà giá rẻ, tiện lợi

Công nghệ in 3D được xếp vào nhóm công nghệ xanh, do quá trình sản xuất hầu như không phát sinh phế thải. Khả năng tự động hóa cao và robot hóa quá trình cho phép việc thực hiện trong môi trường khắc nghiệt mà không gây hại đến sức khỏe của người lao động.

Máy in 3D dùng trong xây dựng cơ bản có ba bộ phận chính là hệ khung đỡ, đầu in và tủ điều khiển. Quá trình in bằng công nghệ này cũng có 3 giai đoạn: tạo mô hình 3D của công trình; xây dựng công trình; thực hiện bước gia công cuối cùng. Với máy in 3D, người ta đã có thể dễ dàng tạo ra mô hình thử nghiệm công trình kiến trúc hay thậm chí là in 3D bê tông để xây nhà.

Công nghệ in 3D trong ngành xây dựng sử dụng máy in 3D khổng lồ với “mực in” là bê tông. Thực chất vật liệu cho in 3D trong xây dựng là xi măng, cát, cát nghiền, tro bay, xỉ hạt lò cao nghiền mịn, phụ gia siêu dẻo, phụ gia ổn định độ chảy, phụ gia điều chỉnh ninh kết và tăng dính. Theo đó, hỗn hợp này được phun vào từng lớp một cho tới khi tạo ra một bức tường dày.

Tường ngôi nhà được in 3D theo nguyên tắc xếp chồng từng lớp vữa với độ dày mỗi lớp 2cm, độ dày vách tường 20cm. Bên trong vách tường có độ rỗng nhằm giảm chi phí vật liệu, cách nhiệt nhưng vẫn đảm bảo yếu tố chịu lực. Độ cao của tường được xếp từ 120 lớp vữa in, thời gian in mỗi lớp từ 10-20 phút.

Tường ngôi nhà được in 3D theo nguyên tắc xếp chồng từng lớp vữa với độ dày mỗi lớp 2cm, độ dày vách tường 20cm

Với công nghệ này, dù là một ngôi nhà hay một dãy nhà, thậm chí những ngôi nhà có hình dạng kích thước khác nhau đều có thể xây dựng tự động thông qua chương trình được cài đặt sẵn.

Tuy nhiên, so với công nghệ in 3D thông thường, in 3D với vật liệu bê tông khó hơn nhiều khi bê tông cần được đảm bảo chảy xuyên suốt để quá trình in diễn ra thuận lợi. Mặt khác, bê tông được in ra phải đông cứng nhanh để chịu được lớp in lên tiếp theo.

Công nghệ in 3D trong ngành xây dựng sử dụng máy in 3D khổng lồ với “mực in” là bê tông

Ngoài ra, in 3D bằng bê tông bị phụ thuộc vào kích thước đầu in, tốc độ in, độ ẩm và nhiệt độ môi, những yếu tố này có thể ảnh hưởng đến chất lượng của bê tông.

Công nghệ in 3D trong xây dựng hoạt động như thế nào?

Hiện nay, công nghệ in 3D trong xây dựng có hai cách để hoạt động, đó là in cả một khối căn nhà và in thành từng các bộ phận rồi ráp lại. Theo đó, mỗi cách thức hoạt động sẽ có một ưu, nhược điểm khác nhau.

1. In nhà 3D thành một khối lớn

Để in được một ngôi nhà lớn, thích hợp để sinh sống thì điều kiện tiên quyết là cần phải có một máy in 3D cỡ lớn, bao quát được cả ngôi nhà đó. Nhược điểm của phương thức này chính là sự bất tiện trong giai đoạn lắp đặt máy in. Tuy nhiên, công nghệ in nhà 3D thành một khối lớn sẽ giúp cho công trình chắc chắn hơn, không cần mối ghép, qua đó tiết kiệm thời gian thi công.

2. In nhà 3D lắp ráp

Nếu như hệ thống máy in nhà 3D nguyên khối khá cồng kềnh và ít người sử dụng thì công nghệ in 3D lắp ráp này lại được sử dụng phổ biến hơn.

Xây nhà bằng công nghệ in 3D giúp rút ngắn thời gian xây dựng

Đối với phương pháp xây dựng này, các bộ phận của căn nhà sẽ được hoàn thành từng phần và ráp lại với nhau. Mặc dù tiện lợi là vậy, nhưng in nhà 3D lắp ráp cũng không tránh khỏi một số nhược điểm. Tiêu biểu nhất chính là khá tốn thời gian, công sức thi công.

Ưu điểm của xây nhà bằng phương pháp in 3D

Thời gian xây dựng nhanh chóng

Một trong những lợi thế dễ nhận thấy nhất của công nghệ in 3D là tính hiệu quả cao cả về thời gian, năng suất. Theo đó, xây nhà bằng công nghệ in 3D giúp rút ngắn thời gian xây dựng, khi phần lớn thời gian chủ yếu ở khâu thiết kế.

Cụ thể, thời gian thi công bằng công nghệ in 3D chỉ mất khoảng 7-10 ngày, đây là khoảng thời gian cực ngắn so với phương pháp xây dựng truyền thống.

Hạn chế chất thải xây dựng

Bên cạnh tiết kiệm thời gian thi công, ưu điểm nổi bật của công nghệ in 3D là giảm đáng kể chất thải xây dựng. Bản chất của phương pháp này là sử dụng vật liệu cần thiết để tạo ra cấu trúc nên trong quá trình hoạt động, nó gần như không phát sinh phế thải.

Giảm thiểu thiệt hại

Công nghệ in 3D có khả năng tự động hóa cao và robot hóa quá trình sản xuất, do đó dù thực hiện dự án trong môi trường khắc nghiệt thì vẫn đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người.

Có thể xây dựng các thiết kế phức tạp

Ưu điểm của in 3D bê tông tạo các loại cấu kiện có hình dạng phức tạp, phù hợp cho các công trình đòi hỏi kiến trúc cao. Ngoài ra, công nghệ này không sử dụng ván khuôn để tạo hình cấu kiện.

Ngôi nhà xây bằng công nghệ in 3D tại Việt Nam

Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng trở ngại lớn nhất đối với việc phổ biến công nghệ in 3D là việc thiếu các tiêu chuẩn quốc gia về sản xuất theo phương pháp đắp dần. Đặc biệt là các tiêu chuẩn về yêu cầu chung và riêng của vật liệu, kết cấu, công nghệ, thiết bị, kiểm soát chất lượng.

Tại Việt Nam, hiện nay có hai nhóm nghiên cứu đã chế tạo được máy in 3D khổ nhỏ và trung bình, chế tạo được vật liệu in và viết phần mềm điều khiển trộn in 3D, các thiết bị đang được thử nghiệm.