House Zero huko Austin, Texas, ni nyumba ya futi 2,000 za mraba ambayo ilijengwa kwa saruji iliyochapishwa 3D. Wasanifu wa Ziwa Flato

Katika usanifu, nyenzo mpya hazionekani mara chache.

Kwa karne nyingi, mbao, uashi na saruji ziliunda msingi wa miundo mingi duniani.

Katika miaka ya 1880, kupitishwa kwa sura ya chuma ilibadilisha usanifu milele. Chuma kiliwaruhusu wasanifu kubuni majengo marefu yenye madirisha makubwa zaidi, hivyo basi kuibua majumba marefu ambayo yanafafanua mandhari ya jiji leo.

Tangu mapinduzi ya viwanda, vifaa vya ujenzi vimewekwa kwa kiasi kikubwa kwa vipengele vingi vinavyozalishwa kwa wingi. Kutoka kwa mihimili ya chuma hadi paneli za plywood, seti hii sanifu ya sehemu imearifu muundo na ujenzi wa majengo kwa zaidi ya miaka 150.

Hiyo inaweza kubadilika hivi karibuni na maendeleo katika kile kinachoitwa “uzalishaji mkubwa wa nyongeza.” Sio tangu kupitishwa kwa sura ya chuma kumekuwa na maendeleo yenye uwezo mkubwa wa kubadilisha jinsi majengo yanavyofikiriwa na kujengwa.

Utengenezaji wa nyongeza wa kiwango kikubwa, kama vile uchapishaji wa 3D kwenye eneo-kazi, unahusisha kujenga vitu safu moja kwa wakati mmoja. Iwe ni udongo, zege au plastiki, nyenzo za uchapishaji hutolewa katika hali ya umajimaji na kuwa mgumu katika umbo lake la mwisho.

Kama mkurugenzi wa Taasisi ya Miundo Mahiri katika Chuo Kikuu cha Tennessee, nimekuwa na bahati ya kufanya kazi kwenye mfululizo wa miradi inayotumia teknolojia hii mpya.

Ingawa vizuizi vingine vya kupitishwa kwa teknolojia hii kwa wingi bado vipo, ninaweza kuona siku zijazo ambapo majengo yanajengwa kabisa kutoka kwa nyenzo zilizorejeshwa au nyenzo zilizopatikana kwenye tovuti, kwa fomu zinazochochewa na jiometri ya asili.

Prototypes za kuahidi

Kati ya hizi ni banda la Trillium, muundo wa hewa wazi uliochapishwa kutoka kwa kusindika tena ABS polima, plastiki ya kawaida inayotumika katika anuwai ya bidhaa za watumiaji.

Muundo wa nyuso nyembamba, zilizopinda mbili ziliongozwa na petals ya maua yake ya jina. Mradi huu ulibuniwa na wanafunzi, ukachapishwa na Loci Robotics na kujengwa kwenye Hifadhi ya Utafiti ya Chuo Kikuu cha Tennessee katika Shamba la Cherokee huko Knoxville.

Mifano zingine za hivi karibuni za utengenezaji wa nyongeza wa kiwango kikubwa ni pamoja na Tecla, makao ya mfano ya futi za mraba 450 (mita za mraba 41.8) iliyoundwa na Mario Cucinella Architects na kuchapishwa huko Massa Lombarda, mji mdogo nchini Italia.

Tecla ilijengwa kwa udongo wa asili. Mario Cucinella Wasanifu wa majengo

Wasanifu walichapisha Tecla kutoka kwa udongo uliotolewa kutoka kwa mto wa ndani. Mchanganyiko wa kipekee wa nyenzo hii ya gharama nafuu na jiometri ya radial iliunda fomu ya ufanisi wa nishati ya makazi mbadala.

Huko Merika, kampuni ya usanifu ya Lake Flato ilishirikiana na kampuni ya teknolojia ya ujenzi ICON kuchapisha kuta za nje za zege kwa nyumba inayoitwa "Nyumba Zero” akiwa Austin, Texas.

Nyumba ya mita za mraba 2,000 (mita za mraba 185.8) inaonyesha kasi na ufanisi wa saruji iliyochapishwa ya 3D, na muundo unaonyesha tofauti ya kupendeza kati ya kuta zake za curvilinear na sura yake ya mbao iliyo wazi.

Mchakato wa kupanga

Utengenezaji wa nyongeza wa kiwango kikubwa unahusisha maeneo matatu ya maarifa: muundo wa kidijitali, uundaji wa kidijitali na sayansi ya nyenzo.

Kuanza, wasanifu huunda mifano ya kompyuta ya vipengele vyote ambavyo vitachapishwa. Wabunifu hawa wanaweza kutumia programu kujaribu jinsi vifaa vitajibu kwa nguvu za muundo na kurekebisha vipengee ipasavyo. Zana hizi pia zinaweza kumsaidia mbunifu kubaini jinsi ya kupunguza uzito wa vijenzi na kuelekeza michakato fulani ya muundo kiotomatiki, kama vile kulainisha makutano changamano ya kijiometri, kabla ya uchapishaji.

Kipande cha programu inayojulikana kama mkataji kisha hutafsiri muundo wa kompyuta katika seti ya maagizo ya kichapishi cha 3D.

Unaweza kudhani vichapishi vya 3D hufanya kazi kwa kiwango kidogo - fikiria kesi za simu za mkononi na vishikilia mswaki.

Lakini maendeleo katika teknolojia ya uchapishaji ya 3D yameruhusu vifaa kujiinua kwa umakini. Wakati mwingine uchapishaji unafanywa kupitia kile kinachoitwa mfumo wa msingi wa gantry - mfumo wa mstatili wa reli za kuteleza sawa na kichapishi cha 3D cha eneo-kazi. Inaongezeka, mikono ya roboti hutumika kutokana na uwezo wao wa kuchapisha katika mwelekeo wowote.

Mikono ya roboti inaruhusu kubadilika zaidi katika mchakato wa ujenzi.

Tovuti ya uchapishaji inaweza pia kutofautiana. Samani na vipengele vidogo vinaweza kuchapishwa katika viwanda, wakati nyumba nzima inapaswa kuchapishwa kwenye tovuti.

Nyenzo anuwai zinaweza kutumika kwa utengenezaji wa nyongeza wa kiwango kikubwa. Saruji ni chaguo maarufu kutokana na ujuzi wake na uimara. Clay ni njia mbadala ya kuvutia kwa sababu inaweza kuvunwa kwenye tovuti - ambayo ndiyo wasanifu wa Tecla walifanya.

Lakini plastiki na polima zinaweza kuwa na matumizi mapana zaidi. Nyenzo hizi ni nyingi sana, na zinaweza kutengenezwa kwa njia zinazokidhi anuwai ya mahitaji maalum ya kimuundo na urembo. Wanaweza pia kuzalishwa kutoka kwa nyenzo zilizorejeshwa na zinazotokana na kikaboni.

Msukumo kutoka kwa asili

Kwa sababu utengenezaji wa nyongeza huunda safu kwa safu, kwa kutumia tu nyenzo na nishati inayohitajika kutengeneza sehemu fulani, ni mchakato mzuri zaidi wa ujenzi kuliko "njia za kupunguza,” ambayo inahusisha kukata nyenzo za ziada - fikiria kusaga boriti kutoka kwa mti.

Hata nyenzo za kawaida kama saruji na plastiki hunufaika kutokana na kuchapishwa kwa 3D, kwani hakuna haja ya uundaji wa ziada au ukungu.

Vifaa vingi vya ujenzi leo vinazalishwa kwa wingi kwenye mistari ya kusanyiko ambayo imeundwa ili kuzalisha vipengele sawa. Wakati wa kupunguza gharama, mchakato huu huacha nafasi ndogo ya kubinafsisha.

Kwa kuwa hakuna haja ya zana, fomu au kufa, utengenezaji wa nyongeza wa kiwango kikubwa huruhusu kila sehemu kuwa ya kipekee, bila adhabu ya wakati kwa ugumu ulioongezwa au ubinafsishaji.

Kipengele kingine cha kuvutia cha utengenezaji wa nyongeza kwa kiasi kikubwa ni uwezo wa kuzalisha vipengele ngumu na voids ya ndani. Hii inaweza siku moja kuruhusu kuta kuchapishwa na mfereji au ductwork tayari mahali.

Aidha, utafiti unafanyika kuchunguza uwezekano wa uchapishaji wa 3D wa nyenzo nyingi, mbinu ambayo inaweza kuruhusu madirisha, insulation, uimarishaji wa miundo - hata wiring - kuunganishwa kikamilifu katika sehemu moja iliyochapishwa.

Mojawapo ya vipengele vya utengenezaji wa viongezi ambavyo hunisisimua zaidi ni jinsi ambavyo ujenzi wa safu kwa safu, na nyenzo inayofanya ugumu polepole, huakisi michakato ya asili, kama vile uundaji wa ganda.

Nyumba iliyochapishwa kwa 3D huko Shanghai ambayo ilijengwa kwa chini ya saa 24 kutokana na taka za ujenzi. Visual China Group/Picha za Getty

Hii inafungua madirisha ya fursa, kuruhusu wabunifu kutekeleza jiometri ambayo ni vigumu kuzalisha kwa kutumia mbinu nyingine za ujenzi, lakini ni ya kawaida kwa asili.

Muundo wa miundo iliongozwa na muundo mzuri wa mifupa ya ndege inaweza kuunda kimiani chepesi cha mirija, yenye ukubwa tofauti unaoonyesha nguvu zinazoikabili. Façades kwamba evoke maumbo ya majani ya mimea inaweza kutengenezwa ili kuweka kivuli kwenye jengo kwa wakati mmoja na kutoa nishati ya jua.

Kushinda mkondo wa kujifunza

Licha ya mambo mengi mazuri ya utengenezaji wa viongeza vikubwa, kuna vikwazo kadhaa kwa kupitishwa kwake kwa upana.

Labda kubwa kushinda ni riwaya yake. Kuna miundombinu yote iliyojengwa karibu na miundo ya jadi ya ujenzi kama vile chuma, saruji na mbao, ambayo ni pamoja na minyororo ya usambazaji na misimbo ya ujenzi. Kwa kuongeza, gharama ya maunzi ya uundaji wa kidijitali ni ya juu kiasi, na ujuzi mahususi wa kubuni unaohitajika kufanya kazi na nyenzo hizi mpya bado haujafundishwa kwa upana.

Ili uchapishaji wa 3D katika usanifu uweze kupitishwa zaidi, itahitaji kupata niche yake. Sawa na jinsi usindikaji wa maneno ulisaidia kutangaza kompyuta za mezani, nadhani itakuwa matumizi maalum ya utengenezaji wa nyongeza wa kiwango kikubwa ambao utasababisha matumizi yake ya kawaida.

Labda itakuwa uwezo wake wa kuchapisha muafaka wa miundo yenye ufanisi. Pia tayari ninaona ahadi yake ya kuunda vitambaa vya kipekee vya sanamu ambavyo vinaweza kurejeshwa na kuchapishwa tena mwishoni mwa maisha yao muhimu.

Vyovyote vile, inaonekana uwezekano kwamba baadhi ya vipengele vitahakikisha kwamba majengo ya baadaye, kwa sehemu fulani, yatachapishwa kwa 3D.

Kuhusu Mwandishi

James RoseMkurugenzi wa Taasisi ya Miundo Mahiri, Chuo Kikuu cha Tennessee

Makala hii imechapishwa tena kutoka Mazungumzo chini ya leseni ya Creative Commons. Soma awali ya makala.