Ang House Zero sa Austin, Texas, ay isang 2,000-square-foot na bahay na itinayo gamit ang 3D-printed concrete. Mga Arkitekto ng Lake Flato

Sa arkitektura, ang mga bagong materyales ay bihirang lumitaw.

Sa loob ng maraming siglo, ang kahoy, pagmamason at kongkreto ang naging batayan para sa karamihan ng mga istruktura sa Earth.

Noong 1880s, ang pag-ampon ng binago ng steel frame ang arkitektura magpakailanman. Pinahintulutan ng bakal ang mga arkitekto na magdisenyo ng mas matataas na gusali na may mas malalaking bintana, na nagbunga ng mga skyscraper na tumutukoy sa mga skyline ng lungsod ngayon.

Mula noong rebolusyong pang-industriya, ang mga materyales sa pagtatayo ay higit na nakakulong sa isang hanay ng mga mass-produce na elemento. Mula sa mga bakal na beam hanggang sa mga panel ng plywood, ang standardized kit ng mga bahagi na ito ay nagpapaalam sa disenyo at pagtatayo ng mga gusali sa loob ng mahigit 150 taon.

Iyon ay maaaring magbago sa lalong madaling panahon sa mga pagsulong sa tinatawag na “malakihang paggawa ng additive.” Mula nang gamitin ang steel frame ay nagkaroon ng pag-unlad na may kasing daming potensyal na baguhin ang paraan ng pagbuo at pagtatayo ng mga gusali.

Ang malakihang pagmamanupaktura ng additive, tulad ng desktop 3D printing, ay nagsasangkot ng pagbuo ng mga bagay nang paisa-isa. Clay man ito, kongkreto o plastik, ang print material ay na-extruded sa isang tuluy-tuloy na estado at tumitigas hanggang sa huling anyo nito.

Bilang direktor ng ang Institute for Smart Structures sa Unibersidad ng Tennessee, masuwerte akong gumawa sa isang serye ng mga proyektong nag-deploy ng bagong teknolohiyang ito.

Habang umiiral pa rin ang ilang mga hadlang sa malawakang paggamit ng teknolohiyang ito, maaari kong mahulaan ang hinaharap kung saan ang mga gusali ay ganap na itinayo mula sa mga recycled na materyales o materyales na galing sa lugar, na may mga anyo na hango sa mga geometry ng kalikasan.

Mga promising prototype

Kabilang sa mga ito ay ang Trillium Pavilion, isang open-air structure na naka-print mula sa recycled ABS polimer, isang karaniwang plastic na ginagamit sa malawak na hanay ng mga produkto ng consumer.

Ang manipis, double-curved na ibabaw ng istraktura ay inspirasyon ng mga petals ng bulaklak ang pangalan nito. Ang proyekto ay dinisenyo ng mga mag-aaral, na inilimbag ng Loci Robotics at itinayo sa University of Tennessee Research Park sa Cherokee Farm sa Knoxville.

Iba pang mga kamakailang halimbawa ng malakihang paggawa ng additive isama si Tecla, isang 450-square-foot (41.8-square-meter) na prototype na tirahan na idinisenyo ng Mario Cucinella Architects at nakalimbag sa Massa Lombarda, isang maliit na bayan sa Italy.

Ang Tecla ay itinayo mula sa locally sourced clay. Mario Cucinella Arkitekto

Ang mga arkitekto ay nag-print ng Tecla mula sa luwad na nagmula sa isang lokal na ilog. Ang natatanging kumbinasyon ng murang materyal na ito at radial geometry ay lumikha ng isang paraan ng alternatibong pabahay na matipid sa enerhiya.

Bumalik sa US, ang architecture firm na Lake Flato ay nakipagsosyo sa construction technology firm na ICON upang mag-print ng mga kongkretong panlabas na pader para sa isang bahay na tinatawag na "Bahay Zero” sa Austin, Texas.

Ang 2,000-square-foot (185.8-square-meter) na bahay ay nagpapakita ng bilis at kahusayan ng 3D-printed na kongkreto, at ang istraktura ay nagpapakita ng isang kasiya-siyang kaibahan sa pagitan ng mga curvilinear na pader nito at sa nakalantad na timber frame nito.

Ang proseso ng pagpaplano

Ang malakihang pagmamanupaktura ng additive ay nagsasangkot ng tatlong larangan ng kaalaman: digital na disenyo, digital fabrication at materyal na agham.

Upang magsimula, ang mga arkitekto ay lumikha ng mga modelo ng computer ng lahat ng mga bahagi na ipi-print. Ang mga taga-disenyo na ito ay maaaring gumamit ng software upang subukan kung paano tutugon ang mga bahagi sa mga puwersa ng istruktura at i-tweak ang mga bahagi nang naaayon. Makakatulong din ang mga tool na ito sa taga-disenyo na malaman kung paano bawasan ang bigat ng mga bahagi at i-automate ang ilang partikular na proseso ng disenyo, tulad ng pagpapakinis ng mga kumplikadong geometric na intersection, bago ang pag-print.

Isang piraso ng software kilala bilang isang slicer pagkatapos ay isinasalin ang modelo ng computer sa isang hanay ng mga tagubilin para sa 3D printer.

Maaari mong ipagpalagay na gumagana ang mga 3D printer sa medyo maliit na sukat - isipin kaso ng cellphone at mga may hawak ng sipilyo.

Ngunit ang mga pagsulong sa 3D printing technology ay nagbigay-daan sa hardware upang palakihin sa isang seryosong paraan. Minsan ang pag-print ay ginagawa sa pamamagitan ng tinatawag isang sistemang nakabatay sa gantry – isang hugis-parihaba na balangkas ng mga sliding rails na katulad ng isang desktop 3D printer. lalong, robotic arm ay ginagamit dahil sa kanilang kakayahang mag-print sa anumang oryentasyon.

Ang mga robotic arm ay nagbibigay-daan para sa higit na kakayahang umangkop sa proseso ng konstruksiyon.

Ang site ng pagpi-print ay maaari ding mag-iba. Ang mga muwebles at mas maliliit na bahagi ay maaaring i-print sa mga pabrika, habang ang buong bahay ay dapat na i-print on-site.

Ang isang hanay ng mga materyales ay maaaring gamitin para sa malakihang paggawa ng additive. Ang kongkreto ay isang popular na pagpipilian dahil sa pagiging pamilyar at tibay nito. Ang Clay ay isang nakakaintriga na alternatibo dahil maaari itong anihin on-site - na kung ano ang ginawa ng mga designer ng Tecla.

Ngunit ang mga plastik at polimer ay maaaring magkaroon ng pinakamalawak na aplikasyon. Ang mga materyales na ito ay hindi kapani-paniwalang maraming nalalaman, at maaari silang mabuo sa mga paraan na nakakatugon sa isang malawak na hanay ng mga partikular na kinakailangan sa istruktura at aesthetic. Magagawa rin ang mga ito mula sa mga recycled at organikong materyales.

Inspirasyon mula sa kalikasan

Dahil ang additive manufacturing ay bumubuo ng patong-patong, gamit lamang ang materyal at enerhiya na kinakailangan para makagawa ng isang partikular na bahagi, ito ay isang mas mahusay na proseso ng pagbuo kaysa sa “mga pamamaraan ng pagbabawas,” na kinabibilangan ng pagputol ng labis na materyal – isipin ang paggiling ng isang kahoy na sinag mula sa isang puno.

Kahit na ang mga karaniwang materyales tulad ng kongkreto at plastik ay nakikinabang sa pagiging 3D-printed, dahil hindi na kailangan ng karagdagang formwork o molds.

Karamihan sa mga construction materials ngayon ay mass-produce sa mga assembly lines na idinisenyo upang makagawa ng parehong mga bahagi. Habang binabawasan ang gastos, ang prosesong ito ay nag-iiwan ng maliit na puwang para sa pagpapasadya.

Dahil hindi na kailangan ng tooling, forms o dies, ang malakihang additive manufacturing ay nagbibigay-daan sa bawat bahagi na maging natatangi, na walang oras na parusa para sa karagdagang kumplikado o pag-customize.

Ang isa pang kawili-wiling tampok ng malakihang pagmamanupaktura ng additive ay ang kakayahang gumawa ng mga kumplikadong sangkap na may mga panloob na voids. Ito ay maaaring isang araw ay magbibigay-daan para sa mga pader na mai-print na may conduit o ductwork na nakalagay na.

Sa karagdagan, nagaganap ang pananaliksik upang galugarin ang mga posibilidad ng multi-material na 3D na pag-print, isang pamamaraan na maaaring magbigay-daan sa mga bintana, pagkakabukod, structural reinforcement - kahit na mga wiring - na ganap na maisama sa isang naka-print na bahagi.

Ang isa sa mga aspeto ng additive na pagmamanupaktura na higit na nakatutuwa sa akin ay ang paraan kung saan ang pagbuo ng patong-patong, na may dahan-dahang tumitigas na materyal, ay sumasalamin sa mga natural na proseso, tulad ng pagbuo ng shell.

Isang 3D-printed na bahay sa Shanghai na itinayo sa loob ng wala pang 24 na oras mula sa basura sa konstruksyon. Visual China Group/Getty Images

Nagbubukas ito ng mga bintana ng pagkakataon, na nagpapahintulot sa mga taga-disenyo na magpatupad ng mga geometries na mahirap gawin gamit ang iba pang mga paraan ng pagtatayo, ngunit karaniwan sa kalikasan.

Mga istrukturang frame inspirasyon ng pinong istraktura ng mga buto ng ibon ay maaaring lumikha ng magaan na mga sala-sala ng mga tubo, na may iba't ibang laki na sumasalamin sa mga puwersang kumikilos sa kanila. Nakaharap iyon pukawin ang mga hugis ng mga dahon ng halaman maaaring idinisenyo upang sabay na lilim ang gusali at makagawa ng solar power.

Pagtagumpayan ang kurba ng pagkatuto

Sa kabila ng maraming positibong aspeto ng malakihang paggawa ng additive, mayroong ilang mga hadlang sa mas malawak na paggamit nito.

Marahil ang pinakamalaking madaig ay ang pagiging bago nito. Mayroong isang buong imprastraktura na binuo sa paligid ng mga tradisyonal na anyo ng konstruksiyon tulad ng bakal, kongkreto at kahoy, na kinabibilangan ng mga supply chain at mga code ng gusali. Bilang karagdagan, ang halaga ng digital fabrication hardware ay medyo mataas, at ang mga partikular na kasanayan sa disenyo na kailangan para magtrabaho sa mga bagong materyales na ito ay hindi pa malawak na itinuturo.

Upang maging mas malawak na pinagtibay ang 3D printing sa arkitektura, kakailanganin nitong hanapin ang angkop na lugar nito. Katulad ng kung paano nakatulong ang pagpoproseso ng salita na gawing popular ang mga desktop computer, sa tingin ko ito ay magiging isang partikular na aplikasyon ng malakihang pagmamanupaktura ng additive na hahantong sa karaniwang paggamit nito.

Marahil ito ay ang kakayahan nitong mag-print ng napakahusay na mga structural frame. Nakita ko na rin ang pangako nito sa paglikha ng mga natatanging sculptural façade na maaaring i-recycle at muling i-print sa pagtatapos ng kanilang kapaki-pakinabang na buhay.

Sa alinmang paraan, mukhang malamang na ang ilang kumbinasyon ng mga salik ay magtitiyak na ang mga gusali sa hinaharap ay, sa ilang bahagi, ay 3D-printed.

Tungkol sa Ang May-akda

James Rose, Direktor ng Institute for Smart Structures, University of Tennessee

Ang artikulong ito ay muling nai-publish mula sa Ang pag-uusap sa ilalim ng lisensya ng Creative Commons. Basahin ang ang orihinal na artikulo.