از پرینترهای سه بعدی کوچک تا پرینتر خانه ساز

استفاده از پرینترهای خانه ساز یک فناوری نسبتا جدید است که امروزه توسط مهندسان در حال توسعه می‌باشد و پروژه‌های موفق مختلفی در جهان با استفاده از این پرینترهای سه بعدی در حال انجام است. استفاده از پرینتر خانه ساز و رویکرد ساخت و ساز با پرینترهای سه بعدی، نوید ساخت خانه‌هایی ارزان‌تر، دقیق‌تر و سریع‌تر را با نیروی کار کم‌تر می‌دهد. شرکت‌های سازنده ساختمان با استفاده از پرینترهای سه بعدی ادعا می‌کنند که با استفاده از این تکنولوژی، مصالح دوام بیشتری خواهند داشت و ساختمان‌ها نسبت به روش های سنتی دارای مقاومت بیشتری خواهند بود.

از پرینترهای سه بعدی کوچک تا پرینتر خانه ساز

شاید در ابتدایی که فناوری پرینترهای سه بعدی به وجود آمد، کسی فکر نمی‌کرد که این پرینترها روزی بتوانند ساختمان‌هایی بزرگ ایجاد کنند. همانطور که می‌دانید فناوری پرینت سه بعدی، لایه‌های مختلف مواد از جنس‌های پلاستیک‌ها و رزین‌ها را در کنار هم قرار می‌داد تا اجزایی کوچک و پیچیده را خلق کنند. این فناوری امروزه چنان پیشرفت کرده است که قادر خواهد بود اجسام بزرگ مانند خانه‌ها را نیز با متد چاپ لایه به لایه ایجاد کنند. این پرینترها که به پرینتر خانه ساز معروف هستند در حال حاضر در کشورهایی مانند چین، امریکا، روسیه و … در حال تولید هستند.

پرینتر خانه ساز، پرینتر سه بعدی بتن، پرینتر ساختمان عناوینی هستند که شرکت‌های تولید کننده این نوع پرینترهای سه بعدی به دستگاه‌های خود اطلاق می‌کنند. شرکت‌های تولید کننده پرینترهای سه بعدی مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز بر این باورند که آینده صنعت ساختمان سازی با استفاده از این چاپگرها متحول خواهد شد. این باور چندان دور از ذهن نیست؛ چرا که پیشرفت گسترده این پرینترها و استفاده آن‌ها در صنایع مختلف و موارد تولید شده آن در صنعت ساختمان، گواه خوبی بر درستی این ادعاست.

با استفاده از پرینترهای ساختمان و قابلیت اکسترود کردن بتن از طریق نازل‌های چاپگرهای سه بعدی، می‌توان خانه‌هایی بسیار پیچیده تا پل‌ها و آسمان خراش‌ها را تولید کرد. در ادامه به معرفی برخی از شرکت‌های سازنده پرینتر خانه ساز می پردازیم:

کمپانی Apis Cor پیشرو در ساخت پرینتر خانه ساز

شرکت Apis Cor یکی از شرکت‌های سازنده پرینتر خانه ساز است. این شرکت روسی نسلی از پرینترهای سه بعدی را توسعه داده است که می‌تواند در مدت تقریبا 24 ساعت خانه‌ای را تولید و اجرا کند. این شرکت اطمینان زیادی به ساخت خانه با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی دارد به صورتی که یک نمایشگاه در فلوریدا افتتاح کرده است تا فناوری خود را در معرض نمایش بگذارد.

 پرینتر شرکت Apis Cor می‌تواند بتن را از طریق نازل بر روی یک سطح با مساحتی برابر 132 میلی‌متر مربع اکسترود نموده و به صورت لایه به لایه اقدام به ساخت خانه نماید. دستگاه پرینتر خانه ساز Apis Cor  دارای طول، عرض و ارتفاع به ترتیب برابر 4/5، 1/5 و 1/5 متر است که توسط جرثقیل جابجا می‌گردد. همچنین این پرینتر قادر است به صورت درجا نصب شده و سپس اقدام به چاپ سه بعدی کند. سیستم تثبیت کننده پرینتر، آن را قادر می‌سازد تا بر روی هر سطحی با اختلاف ارتفاع کمتر از 10 سانتی متر نصب گردد؛ این در حالی است که بیشتر پرینترهای سه بعدی به یک پایه بتنی مسطح و صاف نیاز دارند.

شرکت Apis Cor در سال 2017 یک خانه را در مقیاس کل در 24 ساعت در روسیه ساخته است که برای انطباق بیشتر برای شرایط آب و هوایی آن، از مواد عایق خشک در یک قسمت از خانه و در قسمت‌های دیگر از ترکیب پرکننده پلی اورتان استفاده کرده است. این کمپانی برای توسعه هرچه بیشتر پرینترهای خود، نرم افزار مخصوص آن را نیز تولید و توسعه داده است که با استفاده از آن می توان کلیه پارامترهای فرآیند ساخت خانه را کنترل نمود.

پرینتر COBOD برای ساخت خانه

شرکت COBOD یک شرکت دانمارکی است که فعالیت خود را در سال 2017 شروع کرد و توانست اولین خانه پرینت شده خود را در کپنهاگ ایجاد کند. اولین پرینتر خانه ساز این شرکت تحت عنوان BOD وارد بازار شد و پس از آن نسل دوم پرینتر سه بعدی خود را با نام BOD2 را توسعه و گسترش دادند. فناوری موجود در پرینترهای ساخته شده توسط COBOD امکان چاپ ساختمان‌ها دارای 3 طبقه و با مساحت 300 متر مربع را فراهم کرده است و بسیار مورد توجه فعالان این حوزه قرار گرفته است.

شرکت BatiPrint  و پرینترهای خانه ساز رباتی

یکی دیگر از پرینترهای خانه ساز توسط یک تیم تحقیقاتی به نام BatiPrint توسعه داده شده است که این تیم تحقیقاتی در دانشگاه Nantes مستقر هستند.پرینتر خانه ساز شرکت BatiPrint  امکان ساخت اولین خانه اجتماعی را در Nantes ایجاد کرده است. این پرینتر قادر است که سه لایه مواد شامل دو لایه فوم گران قیمت و یک لایه بتن را به صورت همزمان با استفاده از یک ربات اعمال نماید. ربات مذکور در مرکز تخصصی رباتیک ساخته شده است که دارای ارتفاعی برابر 4 متر می‌باشد.

برای انجام عملیات پرینت سه بعدی، ربات مورد استفاده می‌تواند تا محل پروژه حمل گردد و مستقیما در مکان مورد نظر مورد استفاده قرار گیرد. با استفاده از این پرینتر سه بعدی خانه ساز می‌توان دیوارهایی با ارتفاع 7 متر نیز چاپ کرد.

کمپانی WASP  توسعه دهنده بزرگترین پرینتر خانه ساز

شرکت WASP یکی دیگر از توسعه دهندگان پرینتر خانه ساز است که در کشور ایتالیا فعالیت می‌کند. این شرکت را می‌توان توسعه دهنده بزرگترین پرینتر سه بعدی خانه ساز در بازار دانست که دارای عرض و ارتفاعی به ترتیب برابر با 7 و 12 متر است. همچنین بازوهای قابل تنظیم این نوع پرینتر می‌تواند تا 6 متر تغییر داده شود.

پرینترهای توسعه داده شده توسط شرکت WASP  یکی از بازارهای پرمصرف برای ساخت خانه‌های ارزان قیمت در کشورهای در حال توسعه است که تحت عنوان پرینتر BigDelta شناخته می‌شود. پرینتر خانه ساز BigDelta با هدف استخراج زمین و ساخت خانه‌ با استفاده از مواد طبیعی در بلند مدت توسعه خواهد یافت. قدرت پیشروی این دستگاه تا 200 کیلوگرم پیش بینی شده است اما پیشنهاد می‌شود در مقداری حدود 40 تا 50 کیلوگرم استفاده گردد.

از پروژه‌های این شرکت می توان به پروژه خانه Tecla و خانه Gaia اشاره کرد. خانه Tecla از دو حجم گنبدی شکل متصل به دیوارهای بیرونی آجدار تشکیل شده است. این خانه در مجموع از 350 لایه انباشت خاک رس چاپ شده با استفاده از پرینتر سه بعدی خانه ساز تشکیل شده است. پروژه بعدی خانه Gaia است که نقطه عطف کار این شرکت نیز به شمار می‌رود. در این پروژه علاوه بر استفاده از خاک محل برای تولید سازه اصلی، از مواد زائد طبیعی تولید برنج در حدود 30 مترمربع استفاده شده است.

پرینتر خانه ساز شرکت Icon

پرینتر خانه ساز تولید شده توسط شرکت icon با هدف تولید ساختمان‌هایی با مقاومت بالاتر و نیز قیمت پایین‌تر (به خصوص برای نیازمندان) طراحی شده است. پرینترهای سه بعدی ساخته شده توسط این شرکت می توان ظرفیت پرینت را در حدود 600 مترمربع افزایش دهد. این شرکت توانست در سال 2018 به عنوان اولین شرکت ایالات متحده مجوز ساخت خانه های پرینت شده را دریافت کند.

ساخت محله ای از خانه های چاپ شده به نام New Story در Tabasco مکزیکو از جمله اقدامات این شرکت با استفاده از پرینترهای خانه ساز است که توانست قیمت ساخت خانه را تا مقدار قابل توجهی کاهش دهد. خانه‌های ساخته شده با این تکنولوژی را می‌توان در مدت زمان حدود 24 ساعت تولید کرد.

از جمله اقدامات دیگر شرکت Icon کمک به اسکان بی‌خانمان‌ها در خانه‌های چاپی در یک طرح بزرگ 51 هکتاری در منطقه آستین تگزاس و ایجاد ساختمان‌های مدرسه ای در آفریقا بود. این کار می‌تواند نوید بخش تغییر جهان به دنیایی بهتر باشد. شرکت Icon  با هدف ایجاد مسکن مناسب برای همه فعالیت می‌کند.

پرینتر  FDM خانه ساز Winsun

شرکت Winsun یکی دیگر از شرکت‌های فعال در زمینه ساخت پرینتر خانه ساز است که اولین بار در سال 2014 کار خود را در کشور چین آغاز کرد. پرینترهای سه بعدی شرکت Winsun بر مبنای فناوری FDM کار می‌کنند، یعنی مواد شامل سیمان، ماسه، شن و الیاف از طریق نازل‌های پرینتر به صورت لایه به لایه بر روی صفحه چاپ ریخته می‌شود و عملیات چاپ سه بعدی انجام می‌گیرد. آنها ابتدا دیوارها را در کارخانه خود ایجاد می‌کنند سپس آن را به محل پروژه انتقال می‌دهند.

پرینتر خانه ساز شرکت Winsun دارای 32 متر طول، 10 متر عرض و نیز 6/6 متر ارتفاع می‌باشد که در پروژه‌های مختلفی شرکت کرده است که از آن جمله می توان به ساخت اولین ساختمان اداری در دبی (سال 2016)، همکاری با ایلان ماسک برای توسعه سریع‌ترین حمل و نقل جهانی توسط تونل‌های Hyperloop و نیز ایجاد خانه‌های پرینت شده برای جلوگیری از شیوع ویروس کرونا در شیاننینگ اشاره کرد.

شرکت Winsun قصد دارد برای اثبات قابلیت‌های پرینترهای خانه ساز و ساخت و سازهای بلند، یک ساختمان نمایشی به ارتفاع 100 متر با مساحت 200000 مترمربع را در نزدیکی شانگهای بسازد.

شرکت Peri، فعال در صنعت ساخت و ساز و پرینترهای سه بعدی

شرکت Peri از شرکت‌های فعال در صنعت ساخت و ساز کشور آلمان هستند. این شرکت از تولید کنندگان پیشرو قالب و داربست‌های ساختمان در جهان هستند که اخیرا با شرکت دانمارکی COBOD ( تولید کننده پرینترهای سه بعدی بتنی) همکاری نموده است و توانسته در سال 2018 بخشی از سهام COBOD را به دست آورد. اولین خانه ساخته شده توسط پرینتر خانه ساز در آلمان (سال 2021) توسط شرکت Peri انجام شده است. ماده اصلی پرینت برای ساخت این خانه، بتن است. همچنین در سال 2021 با همکاری شرکت Habitat for Humanity شروع به چاپ خانه ای در آریزونا کرد.

در بخش بعد بیشتر با این پروژه آشنا خواهیم شد.

شرکت Habitat for Humanity، سازنده ای بزرگ

شرکت Habitat for Humanity از بزرگترین شرکت های سازنده جهان به شمار می رود که در حدود یک میلیون خانه را در 70 کشور جهان در چهل و هفت سال گذشته ساخته است. این شرکت در سال 2021 با استفاده از پرینتر خانه ساز اقدام به ساخت دو پروژه ساخت خانه با استفاده از پرینتر سه بعدی در ویلیامزبورگ (ویریجینیا) و تمپ (آریزونا) نموده است.

ساخت خانه 1200 فوت مربعی با استفاده از تکنولوژی چاپ سه بعدی که در ماه دسامبر انجام گرفت، در حدود 28 ساعت زمان را به خود اختصاص داد که این زمان در حدود چهارهفته سریع‌تر نسبت به استانداردهای ساخت و ساز خانه به روش سنتی است. لازم به ذکر است که سقف این خانه و تکمیل فضای داخلی آن به روش سنتی انجام شده است.

پروژه دوم انجام شده توسط این شرکت در آریزونا برای ساخت خانه‌ای با مساحت 1738 فوت مربع دارای سه اتاق خواب و دو حمام است. در این پروژه شرکت آلمانی Peri نیز مشارکت داشته است. در حدود 80 درصد این خانه با استفاده از تکنولوژی پرینت سه بعدی انجام گرفته است. این شرکت با استفاده از پرینترهای ساختمانی COBOD اقدام به ساخت این خانه‌ها کرده است که می‌تواند بهترین راه حل برای کمبود نیروی کار و نیز انجام ساخت و ساز در تابستان های گرم آریزونا که معمولا ساخت و ساز در این فصل به دلیل گرما متوقف می شود، باشد.

شرکت Mighty Buildings

کمپانی Mighty Buildings از جمله شرکت‌های فعال در صنعت ساخت و ساز مستقر در اوکلند کالیفرنیا است که با استفاده از پرینترهای سه بعدی و روباتیک خانه هایی مدولار، پیش ساخته و لوازم جانبی برای واحدهای مسکونی ایجاد می‌کند. به گفته این شرکت استفاده از پرینتر خانه ساز می تواند منجربه ساخت اجزای ساختمان به صورتی سریع‌تر نسبت به ساخت و سازهای سنتی گردد.

پرینترهای سه بعدی این شرکت از یک ماده کامپوزیت گرما سخت به نام LSM (Light Stone Material) استفاده می‌کنند. این ماده هنگامی که در معرض نور UV قرار می‌گیرد، سخت شده و به مصالح ساختمانی کارآمد و با مقاومت بالا (همانند آنچه در ساخت و سازهای سنتی استفاده می شود و حتی مقاوم تر از آن)، تبدیل می‌شود. کلیه ساخت و سازها در کارخانه Mighty Buildings انجام می‌گیرد و سپس قطعات به محل پروژه انتقال داده می شوند.

اخیرا این شرکت با همکاری گروه Palari، اقدام به ساخت اولین خانه‌های با مصرف انرژی صفر را با استفاده از پرینترهای سه بعدی خانه ساز در شهر Rancho Mirage در دره Coachella کالیفرنیا کرده اند.