اقتصاد دانش بنیان

درباره فناوری چاپ سه بعدی بیشتر بدانید

ليست موادي که ميتواند در فناوري چاپ سه بعدي به کار رود، روز به روز گسترش مييابد، به گونه اي که ديگر تنها شامل پلاستيک و ترکيبات مشابه نيست؛ فلزات، شيشه و حتي غذا در اين فناوري قابل استفاده هستند. محققان دانشگاه امآيتي اين ليست را طولان يتر ساخته اند. آنها مشغول مطالعه سيستمي هستند که ميتواند کل يک ساختمان را به صورت سهبعدي چاپ کنند.

به گفته پژوهشگران، ساختارهايي که با اين سيستم ساخته ميشوند، بسيار سريعتر و ارزانتر از روشهاي متداول به اتمام ميرسند. چنين ساختماني همچنين ميتواند شامل تمام جزئياتي باشد که معمار انتظار دارد و حتي ساختار داخلي نيز به روشهايي جديد قابل تغيير و بهروزرساني است. مواد جديد در طي فرايند مورد استفاده قرار ميگيرند و تراکم مواد به صورت کامل قابل تنظيم است تا تلفيقي از استحکام، عايقبندي و ساير ويژگيهاي مورد نظر حاصل شود. در نهايت متخصصين ميگويند اين روش ميتواند راه را براي طراحي و ساخت انواع جديد ساختمان که با کاربرد روشهاي سنتي امکانپذير نبوده، بگشايد.

اين سيستم روباتيک در نسخه هفته اول ماه مي در مجله علمي Science Robotics به جهان معرفي شد. اين سيستم شامل يک وسيله اتومبيلمانند قابل کنترل است که نوعي بازوي صنعتي بزرگ روباتيک را يدک ميکشد و بازويي کوچکتر و دقيقتر در انتهاي خود دارد. اين بازوي قابل کنترل و دقيق، براي تنظيم نازل متداول يا غيرمتداول ساخت و ساز، مثلا انواع مخصوص بتن ريزي يا مواد عايق بندي و همچنين سر مخصوص ساخت، مثل سر آسياب کننده، به کار گرفته ميشود.

برخلاف سيستمهاي معمول چاپ سهبعدي که از نوعي ساختار بسته و ثابت براي نگهداري قسمت نازل سيستم بهره ميبرند و به ساخت وسايلي کوچکتر از اندازه خود محدود ميشوند، اين سيستم حرکت آزادانه دارد و ميتواند ساختارهايي بسيار بزرگتر از خودش خلق کند. براي اثبات اين موضوع، پژوهشگران با کمک نمونه آزمايشي اين وسيله، کار احداث ديواري با قطر 50 و طول 12 پا را در مدت کمتر از 14 ساعت به پايان رساندند.

براي تستهاي اوليه، سيستم يک چهارچوب فومي عايقبنديشده توليد کردند که براي شکلدادن به يک ساختار تکميل شده بتني به کار ميرود. در اين روش ساخت، قالبهاي فومي پلياورتان به وسيله بتن پر ميشوند؛ مشابه تکنيکهاي متداول استفاده از اين فوم در ساخت چهارچوبها. با کمک استفاده از اين روش براي انجام کارهاي ابتدايي، پژوهشگران نشان دادند که سيستم را ميتوان براي سايتها و تجهيزات ساخت و ساز معمولي تنظيم کرد. به اين ترتيب بدون نياز به برآوردهاي جديد، اين سيستم با راهکارها و استانداردهاي عمراني موجود سازگاري نشان ميدهد.

هدف نهايي سيستم، استقلال کامل آن است. قسمت ويژهاي مشابه يک بيل مکانيکي هم به آن اضافه ميشود که براي آماده سازي سطح سايت ساخت و ساز، حمل برخي مواد، برداشتن خاکروبه ساختماني و آغاز عمليات کاربرد دارد. کل سيستم به صورت الکترونيکي قابل کنترل است و انرژي آن را ميتوان به کمک پنلهاي خورشيدي ويژه تامين کرد. چنين سيستمي براي مناطق دورافتاده مثلا کشورهاي فقير يا نواحياي که در آنها حوادث غيرمترقبه مانند سيل، زلزله و توفان رخ داده، کاربرد دارد و ميتواند در زمان کوتاهي براي افراد حادثه ديده پناهگاه و مناطق اسکان مجدد ايجاد کند.

استفاده در خارج از زمين

يکي از پژوهشگران تيم تحقيقاتي ميگويد: «هدف آينده ما اتوماسيون کامل اين سيستم است. به اين ترتيب ميتوان يکي از اين ماشينها را به ماه، مريخ يا هرجاي ديگر کهکشان فرستاد، آن را برنامهريزي کرد و از آن نقطه به بعد تنها چند روز زمان نياز است تا آنچه سفارش داده شده، با بهترين کيفيت تحويل گرفته شود. البته تيم مطالعاتي در نظر داشت نشان دهد که امکان ساخت چنين سيستمي در آينده نزديک وجود دارد و اين کاري است که پژوهشگران با پلتفرم متحرک انجام دادند. با اين فرايند ما ميتوانيم يکي از اجزاي کليدي ساخت و ساز را سريع جايگزين کنيم و همين الان هم اين قابليت وجود دارد.

انقلابي در ساخت و ساز

صنعت ساختمان هنوز به همان گونهاي عمليات ساخت را انجام ميدهد که صدها سال پيش صورت ميگرفت. ساختمانها در روندي مستقيم از مجموعه اي محدود از مواد و براساس نقشههاي استاندارد ساخته ميشوند. ميتوان آيندهاي را تصور کرد که کار ساخت و ساز به صورت اختصاصي و براساس دادههاي دقيق جمع آوري شده از محل سايت ساختماني صورت گيرد. در آينده ستونهاي خانهها را براساس دادههاي رادارهاي مخصوص نفوذکننده در خاک ميتوان در مکانهاي بهينه بتن ريزي کرد و ضخامت ديوارها را براساس جهت آنها متغير احداث کرد.  به عنوان مثال، يک ساختمان در قسمت شمالي خود ديوارهايي ضخيمتر يا در قسمت کف و سقف بر اساس باري که تحمل ميکند، قطرها و خميدگي هايي مختلف داشته باشد.

ابداع اين سيستم که به گفته محققان فعال در آن پلت فرم ديجيتالي ساخت يا DCP نام دارد، براساس ديدگاه ساخت ساختمانهاي بدون اجزا صورت گرفت. به بيان ديگر ساختار و پوست، الوارها و پنجرهها در يک تک فرايند با يکديگر تلفيق ميشوند و با طرحهاي مختلف و فرايندهاي ساخت سازگاري مييابند. از ديدگاه معماري، اين سيستم تيپولوژي سنتي ساختماني را مثل ديوارها، کف و پنجرهها به چالش ميکشد و همچنين در واقع نوع نويني از ساخت و ساز را عرضه ميدارد که در آن ويژگيهاي جديدي به چشم ميخورند؛ به عنوان مثال تلفيقي از اجزاي ديوار و پنجره به صورت درهم تنيده.

براي رسيدن به اين هدف، نازل اين سيستم جديد چاپ سه بعدي ميتواند براي تنظيم تراکم موادي که به درون آن ريخته ميشود و حتي مخلوط اين ترکيبات، سازگار شود. در نسخه اي که براي تستهاي اوليه مورد استفاده قرار گرفت، نوعي پوسته فومي عايق بندي توليد شد که ميتواند پس از بتن ريزي در همان مکان باقي بماند و مواد داخلي و خارجي به صورت مستقيم روي اين فوم اعمال شوند. اين سيستم ميتواند شکلهاي پيچيده را هم شکل دهد. تيم مطالعاتي براي نشاندادن اين ويژگي در مدل نهايي چاپ شده خود، يک نيمکت هم اضافه کردند. هرگونه نياز به لولهکشي يا نوشتههايي که بايد روي ديوارها ثبت شوند، در قالب مدل امکان تنظيم دارند. به اين ترتيب پس از بتن ريزي ساختار نهايي به صورت تکميلشده تحويل داده ميشود. با کمک سنسورهاي نصبشده براي هوا، نور و ساير پارامترها براي تنظيمات لازم، تمام دادهها درباره مکان سايت ساختمان جمعآوري ميشوند. آناليز تيم مطالعاتي نشان ميدهد که چنين روشي براي ساخت و ساز ميتواند احداث ساختار نهايي را سريعتر و ارزانتر از روشهاي موجود سازد و ايمني عمليات ساخت و ساز را به صورت معناداري بهبود بخشد. عمليات ساخت و ساز از خطرناکترين مشاغل در دنيا به حساب ميآيد؛ اين سيستم نياز به نيروي کار انسان و در نتيجه خطرات احتمالي را کاهش ميدهد. از آنجا که شکل و قطر براي آنچه قرار است ساخته شود، کاملا قابل تنظيم است (در مقايسه با استفاده از الوارها و مواد ساخت استاندارد متداول) ميزان مواد کاربردي هم کاهش مييابد.

اين سيستم پيشرفتي معنادار در مهندسي است. قدم بعدي سهولت بالاتر عمليات و کاهش بيشتر هزينه ها در کاربرد اين سيستم است. قابليت طراحي و ساخت ساختارهايي با کاربردهاي چندگانه در يک مرحله، نشان دهنده حرکت از عصر ماشين به عصر بيولوژيکي است. با در نظر گرفتن ساختمانها به عنوان ماشينهايي با اجزاي استانداردشده که در آنها زندگي ميکنيم، در برابر ساختمانهايي که مانند يک موجود زنده به صورت کامپيوتري رشد مييابند، به صورت تجمعي ساخته ميشوند و احتمالا از ديدگاه زيستي افزوده (Augmented) در نظر گرفته ميشوند. در واقع چاپ سه بعدي، تنها به فرايند چاپ خلاصه نميشود، بلکه تغييري در الگوي تفکر و ساخت است و راه را براي سفر انسان به ساير سيارات باز ميکند.

منبع: مجله دانش بنیان