Ứng dụng in 3D trong xây dựng – bước phát triển đột phá về công nghệ

Kể từ khi công nghệ in 3D ra đời, nhà sản xuất đã có thể dễ dàng chế tạo ra những sản phẩm, mô hình một cách nhanh chóng và chất lượng. Tuy nhiên, bạn có bao giờ nghĩ đến việc ứng dụng in 3D trong xây dựng sẽ khả thi hay không? Cùng 3D Smart Solutions tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây.

1. Đôi nét về in 3D trong xây dựng

Một trong những bước tiến công nghệ thú vị nhất trong hai thập kỷ qua là việc phát minh và thương mại hóa công nghệ in 3D. Từng chỉ được xem như khoa học viễn tưởng, giờ đây công nghệ in 3D đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong đa dạng lĩnh vực như sinh học, sản xuất. Trong các bệnh viện, người ta thậm chí còn chế tạo chân tay giả, tạo khuôn tế bào dùng trong phẫu thuật bằng công nghệ in 3D. Và tất nhiên in 3D trong xây dựng sẽ không là trường hợp ngoại lệ.

Công nghệ in 3d trong xây dựng
In 3D trong xây dựng là công nghệ tân tiến

In 3D trong xây dựng đã xuất hiện từ đầu những năm 2000 và hiện nay công nghệ này bắt đầu phổ biến hơn. Nguyên lý của in 3D rất dễ hiểu, liên quan đến việc bồi đắp từng lớp vật liệu bằng cách sử dụng đầu máy in về cơ bản giống với đầu được nhìn thấy bên trong máy in phun mực. Vật liệu sử dụng có thể khác nhau, từ bê tông đến kim loại, polymer và nhựa, và phải hợp nhất hoặc liên kết với các lớp đã đắp trước đó. Điểm mấu chốt của quá trình này là vật liệu không được lưu trữ một cách ngẫu nhiên mà tuân theo mô hình 3D đã được tạo trên máy tính bằng phần mềm CAD.

Trong khoảng thời gian đầu, in 3D trong xây dựng được dùng chủ yếu để tạo ra các mô hình 3D như gạch hoa văn hoặc đồ trang trí, nguyên mẫu và các bộ phận xây dựng phi cấu trúc nhỏ. Nhưng sự tiến bộ của công nghệ đã tạo điều kiện để công nghệ in 3D giờ đây có khả năng tạo ra gần như toàn bộ tòa nhà.

Công nghệ in 3D đã mang đến nhiều lợi ích cho ngành xây dựng:

  • Giảm thiểu thời gian thi công các tòa nhà.
  • Hạn chế xảy ra tai nạn vì giảm nhân lực.
  • Góp phần giảm chi phí thi công.
  • Thân thiện với môi trường do ít có chất thải xây dựng.
  • Giảm lượng khí thải carbon dioxide.

Với những ưu điểm trên, in 3D trong xây dựng cần nhanh chóng được ứng dụng tại các khu dân cư thuộc vùng thường xảy ra thiên tai hay những khu vực có đông đúc người qua lại.

2. Ứng dụng của in 3D trong xây dựng

Giống như với hầu hết các ngành công nghiệp, bài toán đặt ra để tăng trưởng là: Làm thế nào chúng ta có thể xây dựng nhanh hơn, tiết kiệm hơn, đơn giản hóa sự phức tạp và thực hiện những điều trên một cách bền vững hơn? Ứng dụng in 3D trong xây dựng mang đến cơ hội đáp ứng được tất cả những nhu cầu này.

2.1. Tạo khuôn mẫu

Tạo khuôn mẫu là một công việc khá tốn kém của quá trình sản xuất. Nhưng đó là công đoạn không thể thiếu trong ngành xây dựng và thường được thực hiện theo cách thủ công. Việc tạo khuôn mẫu có thể mang lại nhiều khó khăn trong giai đoạn đầu cũng như hạn chế khả năng cải tiến sản phẩm của bạn.

Công nghệ in 3d trong xây dựng
Ứng dụng in 3D trong việc tạo khuôn mẫu

Với việc áp dụng in 3D trong xây dựng vào hoạt động tạo khuôn mẫu, bạn có thể tiết kiệm chi phí với các vật liệu kỹ thuật chất lượng cao như sợi Carbon. Quy trình sản xuất tự động cùng tốc độ nhanh chóng chỉ bằng một cú nhấp chuột sẽ nâng cao năng lực sản xuất của bạn trong ngành công nghiệp hiện đại ngày nay.

2.2 Đồ gá và dụng cụ cố định

In 3d trong xây dựng sẽ giúp bạn loại bỏ những trở ngại trong quá trình sản xuất bằng cách tạo ra các dụng cụ như đồ gá và đồ cố định. Điều này nâng cao tính hiệu quả cũng như tiết kiệm chi phí cho quá trình sản xuất.

Công nghệ in 3d trong xây dựng
In 3D tạo ra đồ gá và các dụng cụ cố định

2.3 In 3D bê tông

Nhìn chung, toàn bộ ngành xây dựng mang đến cho Trái Đất đến 40% lượng rác thải. Vì thế mục tiêu hiện nay làm nhắm đến xây dựng bền vững nhưng vẫn đảm bảo thân thiện với môi trường.

Ứng dụng công nghệ in 3D để tạo ra các khuôn đúc bê tông là một trong những phương án phát triển bền vững cho ngành công nghiệp xây dựng.

Nhiều công ty đã nghiên cứu và sản xuất ra loại máy in bê tông cao để in ra những bức tường hay những kết cấu bằng bê tông khô nhanh và có thể lắp ghép thành những kiểu nhà khác nha. Các quy trình công nghệ in 3D cũng mới giúp tối ưu số lượng bê tông cần cho việc xây dựng.

Tuy chưa thực sự phát triển và phổ biến, nhưng so với các phương pháp xây dựng truyền thống, in 3D bê tông giúp cải tiến chất lượng sản xuất, rút ngắn thời gian, đảm bảo an toàn, sự linh hoạt và thân thiện với môi trường hơn rất nhiều.

3. Bắt đầu với in 3D xây dựng như thế nào?

In 3D trong xây dựng là một bước tiến vượt bậc của công nghệ trên toàn thế giới và có thể mở ra kỷ nguyên mới trong ngành xây dựng. Để ứng dụng in 3D cho ngành xây dựng, bạn hãy bắt đầu với những thông tin quan trọng về công nghệ in 3D ngay bên dưới đây.

3.1. Phương pháp in 3D

Trước tiên bạn hãy tìm hiểu về các công nghệ được sử dụng trong in 3D để biết được đâu sẽ là phương pháp phù hợp với doanh nghiệp của bạn hiện tại. Những công nghệ dùng trong lĩnh vực in 3D phổ biến có thể kể đến như:

Công nghệ FDM (Fused Deposition Modeling):

Đây là công nghệ được sử dụng rất phổ biến trong in 3D. Các dòng máy in 3D theo công nghệ FDM sẽ thực hiện đùn nhựa nóng chảy sau đó hóa rắn từng lớp để tạo thành cấu trúc chi tiết dạng khối cho mẫu in.

Quá trình in 3D FDM sẽ được lặp đi lặp lại liên tục cho đến khi hoàn thiện sản phẩm. Để việc in ấn bằng công nghệ FDM được diễn ra tốt nhất, bạn nên sử dụng thêm các vật liệu hỗ trợ nhằm in được trên các góc nhô và lỗ hổng. Vì cơ bản FDM không thể in được trong không khí. Vật liệu và máy in 3D dùng công nghệ FDM trên thị trường hiện nay khá rẻ nên rất được nhiều người chọn mua.

Công nghệ SLA (Stereolithography):

Công nghệ này thường sử dụng vật liệu in 3D dạng nhựa lỏng, máy in SLA sẽ làm cứng từng lớp vật liệu bằng tia UV cho tới khi tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh. SLA được đánh giá là công nghệ in 3D tiên tiến với khả năng tạo ra sản phẩm có độ phân giải và bề mặt mịn màng thuộc hàng cao cấp nhất trong tất cả các dòng công nghệ hiện nay.

Bạn có thể tìm hiểu thêm các thông tin chi tiết và hữu ích về công nghệ in 3D SLA qua bài viết sau: https://3d-smartsolutions.com/cam-nang/cong-nghe-3d/may-in-3d-sla/

Công nghệ in 3d trong xây dựng
Công nghệ in 3D SLA

Công nghệ DLP (Digital Light Processing):

Tính chất của công nghệ DLP cơ bản gần giống với công nghệ SLA. Cả hai cùng sử dụng Polymer (nhựa lỏng) để làm vật liệu in. Điểm khác biệt duy nhất đó chính là nguồn sáng, DLP dùng đèn hồ quang để quét toàn bộ khay vật liệu chỉ trong 1 lần quét.

Công nghệ DLP được sử dụng trong môi trường in ấn chuyên nghiệp với tốc độ nhanh và độ phân giải cao.

Công nghệ SLS (Selective Laser Sintering):

Công nghệ in 3D SLS có nguyên lý vận hành tương tự như SLA nhưng điểm khác biệt sẽ nằm ở phần nguyên liệu. Vật liệu in ấn khi sử dụng công nghệ SLS sẽ ở dạng bột, thủy tinh,…

Công nghệ SLS sử dụng năng lượng tia laser để thiêu kết vật liệu in theo lớp mặt cắt, làm cho chúng dính chặt ở chỗ có bề mặt tiếp xúc

Công nghệ SLM (Selective Laser Melting):

Công nghệ in 3D SLM được sử dụng để in kim loại, bao gồm các vật liệu kim loại dạng bột như titan, nhôm, đồng, thép,… Nguyên lý vận hành của công nghệ SLM tương tự như SLA và SLS nhưng tia laser và tia UV sẽ có cường độ lớn.

Người ta thường sử dụng công nghệ in 3D SLM trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, y khoa chỉnh hình, năng lượng,… để tạo ra những bộ phận có hình dáng và kết cấu phức tạp. Hiện công nghệ SLM chưa được ứng dụng nhiều tại Việt Nam do giá thành của máy in và vật liệu khá đắt.

3.2. Giới thiệu về máy in 3D

Thị trường hiện nay có nhiều dòng máy in 3D phù hợp với từng nhu cầu in ấn khác nhau.

Máy in 3D để bàn (Máy in 3D mini):

Máy in 3D để bàn phù hợp để sử dụng tại nhà, các doanh nghiệp nhỏ và các tổ chức giáo dục,…

Máy in 3D để bàn thường dùng để sản xuất các mô hình đơn giản, thiết kế 3D, tạo mẫu 3D, mockup, sản xuất đồ nhựa… Cũng có một số trường hợp máy in 3D để bàn được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn cao, phục vụ cho in 3d hàng loạt và chất lượng.Ví dụ như: Máy in 3D nha khoa và máy in 3D kim hoàn.

Công nghệ in 3d trong xây dựng
Máy in 3D để bàn – giải pháp cho doanh nghiệp vừa và nhỏ

Ưu điểm của máy in 3D để bàn:

  • Sản xuất tạo mẫu nhanh chóng
  • Tiết kiệm thời gian và chi phí tạo khuôn mẫu
  • Chất lượng nguyên mẫu mịn, chính xác và tinh xảo
  • Kích thước máy in 3D mini nhỏ gọn, không chiếm nhiều không gian.
  • Chí phù đầu tư không quá cáo, phù hợp với các doanh nghiệp vừa và nhỏ.

Tìm hiểu thêm các mẫu máy in 3D để bàn nổi bật

Máy in 3D khổ lớn (máy in 3D công nghiệp):

Máy in 3D khổ lớn là thiết bị được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp hiện nay. Máy in 3D khổ lớn thường sử dụng công nghệ SLA, FDM hoặc SLS và được thiết kế theo tiêu chuẩn công nghiệp với độ bền bỉ cao, khả năng vận hành liên tục trong thời gian dài.

Thiết bị này được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực sản xuất tạo khuôn mẫu, cơ khí, in đồ nội thất, kiến trúc,…

Ưu điểm của máy in 3D khổ lớn:

  • Khả năng sản xuất số lượng nhiều và kích thước mẫu in lớn, đảm bảo việc sản xuất liên tục
  • Rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm
  • Độ chính xác cao và ổn định, sản xuất được các sản phẩm phức tạp
  • Phạm vi ứng dụng rộng rãi: các lĩnh vực ô tô, hàng không, y học, đồ trang sức, kiến trúc,…

Với những ưu điểm trên, máy in 3D công nghiệp thường được ứng dụng trong công nghiệp xây dựng. Một số dòng máy in phù hợp để sử dụng như: BigREP ONE, BigREP Studio G2, BigREP PRO, BigREP EDGE, Massivit 1800, Massivit 1800 Pro, …

Tìm hiểu thêm về Máy in 3D công nghiệp

Công nghệ in 3d trong xây dựng
Máy in BigREP ONE ứng dụng cho in 3D trong xây dựng

3.3. Vật liệu in 3D

Tiếp đến, bạn cần biết in 3D sẽ sử dụng những vật liệu nào để từ đó ứng dụng in 3D trong xây dựng thích hợp. Các vật liệu chính được dùng để in 3D hiện nay gồm có:

Nhựa ABS:

  • Là loại nhựa được tổng hợp từ nguồn nguyên liệu được hóa thạch.
  • Khả năng chịu lực, chịu nhiệt tốt (~80oC).
  • Cần lưu ý gia nhiệt tốt khi in bằng nhựa ABS nếu không các lớp in sẽ không dính vào nhau gây nên tình trạng phồng, cong vênh của mẫu in.

Nhựa PLA:

  • Là loại nhựa được tổng hợp từ tinh bột (bột khoai tây, bột ngô,…) nên an toàn cho sức khỏe con người và thân thiện với môi trường.
  • Giới hạn nhiệt độ tối đa của nhựa PLA là 55oC.
  • Nhựa PLA rất dễ in và có thể tạo ra các sản phẩm in chất lượng và thường được dùng trong máy in FDM.

Nhựa đặc biệt:

  • Nhựa in 3D trong suốt.
  • Nhựa pha bột gỗ.
  • Nhựa gốm.
  • Nhựa SAS.
  • Nhựa dẻo.
  • Nhựa PetG.
  • Nhựa Onyx có độ cứng tương đương với nhôm.

Mực Resin:

  • Vật liệu in dạng lỏng rất nhạy với tia cực tím nên thường được bảo quản trong thùng kín để tránh tiếp xúc với ánh sáng mặt trời hoặc đèn có phát tia UV.
  • Giá thành của các dòng máy in mực Resin ngày càng rẻ nên rất phổ biến hiện nay.

Bột Powder SLS:

  • Bột thường được sử dụng trong máy in SLS là: nylon PA12, nylon PA11, nylon PA11/PA12, Alumide, CarbonMide, Glass-filled Nylon, PEBA 2301.
  • Các dòng máy in 3D kim loại thì sử dụng bột Titan, Thép, Nhôm, Chrome/Cobalt.

3.4. Phần mềm in 3D

Tất nhiên bạn sẽ không thể điều khiển máy in 3D trong xây dựng hoàn toàn bằng tay mà cần có sự can thiệp của một số phần mềm in 3D. Dưới đây là những phần mềm in 3D cần thiết để bạn vận hành máy và chế tạo sản phẩm:

Phần mềm CAD:

Phần mềm CAD có chức năng kết hợp thư viện nguồn và quản lý dữ liệu bằng đám mây nên người dùng có thể dễ dàng truy cập và sử dụng các sơ đồ đã lưu. Tệp CAD sau khi đã hoàn thành thiết kế sẽ được tải vào phần mềm CAM để máy in tạo ra mô hình vật lý.

Phần mềm CAD giúp cho vật in 3D có độ chính xác cao hơn, cung cấp khả năng điều chỉnh nhanh chóng các chi tiết bản vẽ mà không phải thao tác lại từ đầu, quản lý thiết kế phức tạp chỉ trong 1 tệp, làm việc ngoại tuyến,…

Công nghệ in 3d trong xây dựng
Phần mềm thiết kế in 3D

Phần mềm Slicing:

Phần mềm Slicing giúp bạn có thể chuyển đổi mô hình 3D thành dữ liệu mà máy in 3D hiểu được để từ đó thực hiện chế tạo mô hình vật lý. Phần mềm Slicing sẽ cắt mô hình 3D thành từng lớp để máy in xếp chồng các lớp lên nhau, tạo thành sản phẩm in 3D hoàn chỉnh. Tuy nhiên đối với các loại máy in tích hợp CAD hoặc The Ultimaker Digital Library thì không cần thiết sử dụng Slicing.

Phần mềm điều khiển từ xa:

Phần mềm in 3D giám sát và điều khiển công việc từ xa phổ biến hiện nay đó là Octoprint với các đặc điểm như:

  • Giúp người dùng nhận phản hồi liên tục về tiến trình in 3D hiện tại.
  • Hiển thị cho người xem tiến trình in trong từng layer GCODE hiện đang in.
  • Giúp điều khiển và kiểm soát nhiệt độ in của trục đùn và bàn nhiệt, di chuyển đầu in dọc theo tất cả các trục đùn.
  • Giúp người dùng có thể dừng, tạm dừng hoặc tiếp tục thực hiện tiến trình bất cứ lúc nào.
  • Octoprint hoàn toàn có thể tương thích với các máy in 3D trên thị trường hiện nay.

4. Thách thức của doanh nghiệp bắt đầu với in 3D

Chi phí đầu tư ban đầu cao

Ứng dụng in 3d trong xây dựng đồng nghĩa với việc đưa công nghệ mới vào sản xuất nên chắc chắn sẽ nâng giá thành ban đầu lên cao. Bên cạnh đó, khi doanh nghiệp thay đổi mô hình sản xuất thì sẽ chịu lãng phí dây chuyền cũ.

Hạn chế về vật liệu đầu vào

Hiện nay công nghệ in 3D chỉ mới dừng lại ở các vật liệu như nhựa resin. Một số lĩnh vực như chế tác gỗ hay kim loại vẫn chưa sẵn sàng để có các vật liệu phù hợp cho việc sản xuất in 3D.

Giá thành sản xuất

In 3D trong xây dựng mang đến nhiều lợi ích trong sản xuất nhưng giá thành chế tạo khi sử dụng công nghệ này lại khá cao. Nguyên nhân do tốc độ hoàn thiện thành phẩm còn chậm vì cần được kiểm định kỹ lưỡng và nguyên vật liệu cũng còn đắt đỏ.

Kinh nghiệm chuyên môn còn thiếu hụt

In 3D trong xây dựng hiện tại vẫn được xem là công nghệ sản xuất rất mới. Do đó các chuyên gia về lĩnh vực này vẫn chưa nhiều và kinh nghiệm chuyên môn của các doanh nghiệp vẫn còn giới hạn.

Khả năng tái chế thấp

Người tiêu dùng trong thời đại ngày nay đang hướng về cuộc sống xanh tức là bảo vệ môi trường, tái chế,… Tuy nhiên đối với công nghệ in 3D thì các vật liệu sau khi chế tạo sẽ không thể tái chế được như kim loại, thuỷ tinh hay nhựa. Nên đây có thể là trở ngại cho các doanh nghiệp áp dụng mô hình sản xuất này.

5. Dịch vụ in 3D, giải pháp thay thế cho doanh nghiệp

In 3D trong xây dựng vẫn còn là những bước tiến mới mẻ trên lĩnh vực này. Hiện nay tại Việt Nam, in 3D trong xây dựng chỉ được ứng dụng để tạo ra các mô hình kiến trúc thử nghiệm. Tuy nhiên trong tương lai, phương pháp in 3D này có tiềm năng mang đến những lợi ích vượt trội, tối ưu về mặt chi phí, thời gian và công sức cho quá trình thiết kế và xây dựng các công trình kiến trúc.

Tuy nhiên, việc đầu tư một chiếc máy in 3D là lựa chọn mà doanh nghiệp phải cân nhắc. Cụ thể để sử dụng máy in 3D trong xây dựng người dùng phải có kiến thức về lập trình, phải hiểu nguyên lý hoạt động của máy, hiểu các bộ phận bên trong để cần thiết khi sửa chữa.

Bên cạnh đó giá thành của một chiếc máy in 3D không hề rẻ, dao động từ vài chục đến vài trăm triệu. Vậy nên, để tối ưu chi phí nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả sản xuất, doanh nghiệp có thể tìm đến các công ty cung cấp dịch vụ in 3D uy tín trên thị trường, điển hình là 3D Smart Solutions.

Công nghệ in 3d trong xây dựng
3D Smart Solutions với các cam kết về chất lượng dịch vụ và sản phẩm

Trang thiết bị máy in 3D hiện đại

Tại 3D Smart Solutions, chúng tôi chuyên sử dụng các trang thiết bị máy in 3D cao cấp và hiện đại ứng dụng các công nghệ in mới nhất hiện nay. Những bản in 3D được thiết kế trên phần mềm uy tín, chi tiết và chính xác từng thông số. Nhờ đó những sản phẩm in 3D được chúng tôi thực hiện chế tạo luôn đạt chất lượng cao, mịn màng, chuẩn xác như bản vẽ.

Chất lượng sản phẩm

Bạn hoàn toàn có thể yên tâm về chất lượng sản phẩm tại 3D Smart Solutions. Tính đến nay, chúng tôi đã đạt được con số hơn 10.000 đơn hàng. Điều này chứng tỏ 3D Smart Solutions đã xây dựng niềm tin đối với khách hàng thông qua những cam kết, độ uy tín và sự đầu tư nghiêm túc vào chất lượng của từng sản phẩm.

Đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm

3D Smart Solutions với kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực in 3D đã xây dựng một đội ngũ nhân viên ưu tú, chuyên nghiệp. Từ khâu tư vấn đến vận hành, các thành viên của 3DS đều làm cho khách hàng hài lòng và ưng ý với dịch vụ và chất lượng sản phẩm. Chúng tôi cũng nhận được rất nhiều các phản hồi tích cực đến từ nhiều khách hàng từ dễ đến khó tính nhất. Đó chính là niềm vinh hạnh của 3D Smart Solutions.

Đảm bảo tiến độ bàn giao

3D Smart Solution đảm bảo tiến độ làm việc luôn được cập nhật đến khách hàng. Quy trình sản xuất đến bàn giao được thực hiện đúng như hợp đồng ký kết. Đây là một trong những ưu điểm mà các khách hàng rất hài lòng khi làm việc với 3DS.

Chi phí phù hợp với chu cầu doanh nghiệp

Giá dịch vụ tại 3D Smart Solutions hoàn toàn phù hợp với ngân sách của mọi phân khúc khách hàng. Chúng tôi cam kết luôn đưa ra giá dịch vụ hợp lí, tương đồng với chất lượng mà khách hàng yêu cầu.