Công nghệ in 3d trong xây dựng: ứng dụng, ưu điểm và cơ hội tương lai

Công nghệ in 3D là gì?

Công nghệ in 3D thực chất là phương pháp sản xuất dựa trên công nghệ tiên tiến, dùng các chất liệu bồi đắp lên thành từng lớp, để hoàn chỉnh các chi tiết. Đối với công nghệ in 3D này, độ chính xác của từng lớp in là mm. Đó cũng là lý do vì sao hiện nay công nghệ in 3D lại được ưa chuộng hơn hẳn các công nghệ truyền thống khác. 

Lịch sử của công nghệ in 3D trong xây dựng

Cho đến nay, công nghệ in 3D thực chất đã có mặt gần hai thập kỷ, cũng tham gia vào hàng loạt các sáng kiến và dự án đầy tham vọng. Dưới đây sẽ là mốc thời gian đánh dấu những sự kiện quan trọng của công nghệ in 3D trong xây dựng:

• Vào năm 2004, đây là lần đầu tiên xây dựng một bức tường nhờ vào công nghệ in 3D. Công trình này được một giáo sư USC tạo ra và nhận được nhiều lời khen ngợi. Đây chính là sự kiện đánh dấu bước đi đầu tiên của công nghệ in 3D trong xây dựng.
• Tiếp nối với thành công ấy, vào năm 2014, một ngôi nhà áp dụng công nghệ in 3D hoàn chỉnh đã ra đời. Ngôi nhà này nằm ở Amsterdam.
• Tại thành phố Tân Châu, tỉnh Sơn Đông, Trung Quốc, vào năm 2015, cho ra mắt nhiều ngôi nhà được xây dựng bằng công nghệ in 3D. Trung Quốc còn cho biết sẽ tiếp tục ứng dụng công nghệ này vào dự án xây dựng công viên. 
• Cũng trong năm 2016, Dubai đã xây dựng thành công một tòa nhà văn phòng rộng gần 260m2 chỉ trong 17 ngày, hoàn toàn là nhờ vào công nghệ in 3D. Đây chính là một cột mốc quan trọng của công nghệ in 3D không chỉ trong xây dựng mà còn trong thương mại.
• Vào năm 2019, trung tâm in bê tông đầu tiên của Châu Âu được xây dựng và cho vào hoạt động tại Hà Lan do BAM mở. Một số cây cầu in 3D đã xuất hiện trong khu vực.
• Vào năm 2021, đứng trước khó khăn do đại dịch Covid - 19 gây ra, hàng loạt các công ty xây dựng lớn trên thế giới đã sử dụng công nghệ in 3D để làm phòng cách ly tạm thời cho các bệnh nhân nhiễm virus. 

Công nghệ in 3D trong xây dựng có mấy loại

Hiện nay, công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng được rất nhiều các nhà đầu tư để ý đến. Đơn giản là vì mức độ tự động hóa sản xuất cao, có khả năng cải thiện chất lượng sản phẩm, giúp đẩy nhanh quá trình xây dựng. Đồng thời còn có khả năng tối ưu hóa các mô hình CAD, giảm phế thải sản xuất. 

Dựa theo phương pháp tạo lớp, ta có thể chia công nghệ in 3D thành hai nhóm: Bed Deposition và Direct Deposition.

• Bed Deposition: Đây là loại công nghệ sử dụng vật liệu dạng bột ngay tại vị trí làm việc. Nhờ nguồn nhiệt - laser (SLM), chùm electron (EBM), ánh sáng (DLP, SLA) hoặc chất kết dính (Binder Jetting) sẽ tạo hình sản phẩm theo từng lớp, việc này rất phù hợp với mô hình CAD. Sau khi tạo hình xong, phần bột thừa sẽ được loại bỏ, đổi mới bản làm việc, tiếp tục một quy trình khác.
• Direct Deposition: Khác với Bed Deposition, Direct Deposition là phương pháp tạo hình, tuy nhiên vật liệu sẽ được cấp trực tiếp tới vị trí xây dựng. 

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. Mỗi cách thức hoạt động sẽ có một ưu, nhược điểm khác nhau:

In nhà 3D thành một khối lớn

Để in được một ngôi nhà lớn, thích hợp để sinh sống thì điều kiện tiên quyết bạn cần phải có một máy in 3D cỡ lớn, bao quát được cả ngôi nhà đó. Do đó đây là một cách hoạt động được đánh giá là bất tiện. Thực tế thì hiện nay cũng có rất nhiều các máy in cao tới 6 mét, dài gần 40 mét và đã xây dựng thành công nhiều công trình nhà ở. 

Nhược điểm của cách thức hoạt động này chính là sự bất tiện trong giai đoạn lắp đặt máy in, nhưng bù lại ngôi nhà của bạn sẽ rất chắc chắn vì đây là một khối hoàn chỉnh, không cần mối ghép, hạn chế được rất nhiều hư hại sau này cũng như đỡ tốn nhân sự lắp ráp mai sau.

In nhà 3D lắp ráp

Nếu như in nhà 3D theo một khối lớn thì cần phải có máy in cỡ to hoặc phức tạp trong giai đoạn lắp đặt, thì in nhà 3D lắp ráp lại dễ dàng hơn hẳn, bởi cách thức này rất linh động và không cần đến những máy móc to lớn ấy. 

Đối với cách hoạt động này, ta chỉ cần in từng bộ phận ra, sau đó ghép chúng lại với nhau như chơi trò lắp ghép, như vậy là đã tạo ra được một ngôi nhà hoàn chỉnh. Trên thực tế đã có rất nhiều ngôi nhà thành công nhờ dựa vào cách xây dựng này.

Mặc dù tiện lợi là vậy, thế 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.

Những ưu điểm nổi bật của công nghệ in 3D trong xây dựng

So với các phương pháp xây dựng truyền thống khác thì công nghệ in 3D trong xây dựng được đánh giá là tiềm năng. Tại sao lại như vậy? Dưới đây là một số ưu điểm vượt trội của công nghệ in 3D so với phương pháp truyền thống:

Tiết kiệm thời gian xây dựng

Thông thường, nếu áp dụng phương pháp xây dựng truyền thống thì bạn cần rất nhiều thời gian mới có thể hoàn thành. Có thể là 2 tháng, có thể là 6 tháng, thậm chí là 1 năm, 2 năm hoặc hơn. 

Thế nhưng khi bạn sử dụng công nghệ in 3D thì thời gian xây dựng sẽ được rút ngắn đi rất nhiều. Thời gian thi công chỉ mất khoảng 7 - 10 ngày, trong đó phần lớn thường là khâu thiết kế chiếm nhiều hơn.

Thậm chí nhiều dự án xây dựng áp dụng công nghệ in 3D đã hoàn thành chỉ trong vài ngày. Đây là khoảng thời gian cực ngắn mà các phương pháp truyền thống không thể nào so được.

Giảm thiểu chất thải

Công nghệ in 3D được xếp vào nhóm công nghệ xanh, nguyên nhân bởi vì trong quá trình hoạt động, nó gần như không phát sinh phế thải. Bản chất của nó là sử dụng vật liệu cần thiết để tạo ra cấu trúc. Nếu biết cách kết hợp nó với phương pháp xây dựng tinh gọn thì việc xây dựng nhà mà không thải ra bất kỳ chất thải nào là việc có thể xảy ra.

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 người lao động.

Có thể xây dựng các thiết kế phức tạp

Một thiết kế phức tạp không chỉ làm công trình thêm phần đẹp - độc - lạ, mà còn giúp thể hiện tính thẩm mỹ của gia chủ. Thế nhưng đối với các phương pháp xây dựng truyền thống thì việc xây dựng các thiết kế phức tạp còn dựa vào tay nghề, trình độ của người làm.

Công nghệ in 3D thì không giống vậy. Nó hoàn toàn có thể xây dựng được các thiết kế phức tạp chỉ dựa vào các bản thiết kế. Đồng thời, chi phí xây dựng không quá đắt đỏ.

Sự phát triển của công nghệ in 3D trong xây dựng ở tương lai

Với những ưu điểm tuyệt vời đã kể trên, cũng không khó để giải thích vì sao công nghệ in 3D trong xây dựng lại được ưa chuộng đến vậy. Hiện nay trong các thành phố lớn đã ứng dụng rộng rãi công nghệ này. 

Ở Dubai, đến năm 2030 sẽ có 25% công trình xây dựng được hoàn thành nhờ ứng dụng công nghệ in 3D. 

Tại Việt Nam, tốc độ phát triển công nghệ in 3D sẽ lớn hơn bao giờ hết vì cơ sở hạ tầng còn chưa hoàn thiện hết, là cơ hội lớn để công nghệ in 3D thay thế phương pháp truyền thông.

Lời kết

Bài viết trên đã giải đáp mọi thắc mắc liên quan đến công nghệ in 3d trong xây dựng. Mong rằng qua bài viết này bạn sẽ hiểu rõ hơn về vấn đề này.