چرا خانههای چاپ سهبعدی انقلاب بعدی در صنعت ساختوساز هستند؟
چاپ سهبعدی مدتهاست از کاربردهای اولیهی نمونهسازی سریع فراتر رفته و به یک فرآیند تولید تمامعیار تبدیل شده است. در صنعت، این فناوری با عنوان «تولید افزایشی» شناخته میشود و امروزه برای تولید طیف گستردهای از محصولات، از ایمپلنتهای دندانی گرفته تا قطعات موتور جت، استفاده میشود. در واقع، دیر یا زود پای این فناوری به صنعت ساختمان هم میرسید. به زبان ساده، خانههای چاپ سهبعدی با رسوب لایهبهلایهی مصالح ساخته میشوند. یک ترکیب بتنی خمیریشکل از طریق نازل بزرگی که توسط یک جرثقیل غولپیکر هدایت میشود، خارج شده و دیوارها را از پایین به بالا، لایه به لایه ایجاد میکند.
در نگاه اول پیچیده به نظر نمیرسد، و در واقع هم نیست. با این حال، پیامدهای چنین فرآیند ساختی بسیار بزرگ است. هرچند این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی خود قرار دارد، نتایج امیدوارکنندهای نشان داده و بهسرعت توجه رسانهها را جلب کرده است. سؤال اینجاست: آیا این همه هیاهو دربارهی چاپ سهبعدی در صنعت ساختمان واقعاً شایسته است؟ در این مقاله بهطور عمیق وارد موضوع میشویم و توضیح میدهیم چرا باور داریم خانههای چاپ سهبعدی میتوانند تحول بزرگ بعدی باشند.
ساخت سریعتر و کاهش چشمگیر زمان اجرا
چاپ سهبعدی یک خانه بهطور قابل توجهی سریعتر از روشهای سنتی ساختوساز انجام میشود. اگرچه زمان دقیق باتوجه به اندازهی پروژه متفاوت است، اما در بیشتر موارد کل فرآیند تنها چند روز طول میکشد. بهعنوان مثال، اولین خانهی چاپ سهبعدی دارای مجوز در آمریکا که توسط شرکت ساختمانی Icon برای مؤسسهی خیریه New Story در سال 2018 ساخته شد، تنها 350 فوت مربع بود و حدود 47 ساعت زمان چاپ در چند روز مختلف به طول انجامید.
فقط دو سال بعد، یک شرکت آمریکایی دیگر خانهای به وسعت 1900 فوت مربع را در مدت تنها 8 روز ساخت که در مجموع فقط 48 ساعت چاپ واقعی نیاز داشت. البته باید توجه داشت که چاپگرهای سهبعدی فعلاً فقط میتوانند فونداسیون، دیوارهای داخلی و خارجی را بسازند. با این حال، به گفتهی SQ4D (شرکت مسئول این پروژه)، این روش در مقایسه با تکنیکهای سنتی، 40٪ صرفهجویی زمانی داشته است. شاید در نگاه اول عدد بزرگی به نظر نرسد، اما چون چاپ سهبعدی ساختمانی هنوز فناوری نوظهوری است و جای پیشرفت زیادی دارد، به احتمال زیاد زمان ساخت در آینده باز هم کاهش خواهد یافت.
حداقلسازی نیاز به نیروی انسانی در پروژههای ساختمانی
سایتهای ساختوساز با چاپ سهبعدی به کارگران کمتری نیاز دارند، چرا که بیشتر کارها توسط تجهیزات چاپ انجام میشود. بهطور کلی، در ساختوساز سنتی مراحل زیادی وجود دارد؛ از بارگیری، حملونقل، و مخلوطکردن مصالح گرفته تا اجرا و نصب سازهها. این فرایند معمولاً به یک تیم بزرگ از کارگران نیاز دارد. اما در مقابل، وقتی یک چاپگر بتنی سهبعدی راهاندازی شود، تنها به چند نفر برای نظارت و کنترل فرآیند نیاز دارد.
برای نمونه، همان خانهی 1900 فوت مربعی ساختهشده توسط SQ4D فقط به 3 نفر در محل نیاز داشت، در حالی که در روش سنتی باید بیش از 20 کارگر حضور میداشتند. این موضوع نشان میدهد که این فرآیند تا چه حد خودکار شده و چرا چاپ سهبعدی در ساختوساز جایگزینی امیدبخش به شمار میرود. علاوه بر این، حضور کمتر کارگر در محل به معنای کاهش چشمگیر آسیبها و مرگومیر ناشی از کار ساختمانی است. طبق آمار OSHA، صنعت ساختمان بهتنهایی مسئول یک پنجم مرگومیرهای کاری در آمریکا است. اگر این فناوری بهطور مسئولانه بهکار گرفته شود، میتواند به شکل قابل توجهی این آمار را کاهش دهد.
کاهش هزینههای ساخت و افزایش بهرهوری اقتصادی
گفته میشود خانههای چاپ سهبعدی ارزانتر ساخته میشوند، اما این موضوع تا حدی بحثبرانگیز است، زیرا چاپگرهای ساختمانی سهبعدی بسیار بزرگ و گرانقیمت هستند و همچنان محدودیتهای زیادی دارند. با این حال، بهتر است به اعداد و واقعیتها تکیه کنیم.
پیشتر گفتیم که چاپ سهبعدی خانه سریعتر از ساختوساز سنتی است و همانطور که میگویند «زمان یعنی پول». هرچه زمان کمتری در محل پروژه صرف شود، هم دستگاهها و هم کارگران زودتر برای پروژههای دیگر آزاد میشوند. این موضوع بهطور نظری ظرفیت ساخت را تقریباً دو برابر میکند.
به این مورد، کاهش چشمگیر تعداد کارگران مورد نیاز را هم اضافه کنید، در این صورت هزینهی نهایی به بخش کوچکی از هزینهی اولیه کاهش پیدا میکند. علاوه بر این، برخی از چاپگرهای سهبعدی میتوانند بخشی از مواد اولیه را مستقیماً از محل پروژه تهیه کنند که این موضوع هزینههای مرتبط با تأمین، ذخیرهسازی و حملونقل را نیز پایین میآورد.
اما حالا به اعداد دقت کنید: خانهی 410 فوت مربعی شرکت Apis Cor در روسیه گفته میشود با تمام پنجرهها، سقف، سیمکشی و دکوراسیون داخلی تنها حدود 10000 دلار هزینه داشته است. این رقم واقعاً شگفتانگیز است. در همین حال، شرکت Icon در حال کار روی خانههای 600 فوت مربعی است که هزینهی ساخت آنها تنها 4000 دلار برآورد شده است. البته باید توجه داشت که تجهیزات چاپ سهبعدی ساختمانی همچنان بسیار گران هستند، همانند هر فناوری پیشرفتهی نوظهور دیگر. اما با پیشرفت فناوری، هزینههای مرتبط با ماشینآلات و بهرهبرداری قطعاً کاهش خواهد یافت.
آزادی طراحی و خلق فرمهای معماری غیرقابلدسترس با روشهای سنتی
چاپ سهبعدی فرصتهای منحصربهفردی در طراحی ساختمان فراهم میآورد که در روشهای سنتی یا غیرممکن است یا بسیار پرهزینه. برخی معتقدند برای بهرهگیری کامل از هر فرآیند چاپ سهبعدی، باید به سطح بالای آزادی طراحی که این فناوریها ارائه میدهند توجه کرد. این موضوع در حوزهی معماری و ساختوساز نیز صادق است، جایی که نوآوری و خلاقیت بهشدت تشویق میشود.
ماهیت ذاتی چاپ سهبعدی این امکان را میدهد که اشکال و فرمهای پیچیده بدون تلاش اضافه تولید شوند. بهعنوان مثال، یک چاپگر بتنی سهبعدی میتواند دیوارهای منحنی و پیچیده را به همان آسانی دیوارهای صاف ایجاد کند. معماری غیرمتعارف میتواند جلوهی بیرونی ساختمانها را بهبود ببخشد و حتی فضای داخلی را بهینهسازی کند. برای نمونه، «دفتر آینده» در دبی که توسط شرکت چینی Winsun چاپ شد و میزبان بنیاد آیندهی دبی است، دارای نمایی منحنی است که بازآفرینی آن با روشهای سنتی مستلزم کار بسیار زیادی بود.
مهندسان همچنین میتوانند در زمینهی مواد اولیه خلاقیت به خرج دهند، چراکه ماده چاپ (Feedstock) قابل تنظیم و شخصیسازی است تا خواص بهتری ارائه دهد. در میان آنها، بتن همچنان مادهای برتر برای ساختوساز محسوب میشود؛ مقاوم در برابر عوامل محیطی مانند آتش و رطوبت و همچنین عایق حرارتی مناسب برای شرایط آبوهوایی مختلف.
مصرف بهینه مصالح و کاهش ضایعات ساختمانی
فرآیند چاپ سهبعدی خانهها از نظر مصرف انرژی و مصالح کارآمدتر از ساختوساز سنتی است. چاپ سهبعدی خانهها پسماند کمتری تولید میکند، زیرا فقط همان مقدار مصالحی مصرف میشود که برای ساخت سازه لازم است؛ دیگر خبری از ضایعات ناشی از برش یا تراش مصالح نیست. همچنین، چون مواد اولیهی بتنی شکل مشخصی ندارند، هرگونه باقیمانده را میتوان دوباره در پروژههای بعدی استفاده کرد.
علاوه بر این، خوراک چاپ میتواند از مواد بازیافتی تهیه شود. بهعنوان مثال، در سال 2014 شرکت چینی Winsun توانست در یک روز 10 خانه را تنها با استفاده از بتن بازیافتی بسازد. همچنین شرکت ایتالیایی WASP خانهای را از ترکیب گل طبیعی با ضایعات تولید برنج محلی (مانند کاه خردشده و سبوس برنج) چاپ کرد.
از سوی دیگر، چاپ سهبعدی خانهها نسبت به زنجیرهی تولید ساختوساز سنتی انرژی کمتری مصرف میکند. تصور کنید چه میزان انرژی برای حمل مصالح خام و جابهجایی روزانهی تیمهای بزرگ کارگران به محل پروژه صرف میشود. با کاهش نیاز به نیروی کار و امکان تأمین مصالح در محل، چاپ سهبعدی میتواند در بلندمدت گزینهای پایدارتر باشد.
کاربردهای هدفمند در شرایط بحرانی و مناطق خاص
بهطور کلی، خانههای چاپ سهبعدی میتوانند در سناریوهای مختلف در سراسر جهان نقش مهمی ایفا کنند. همهی نکات کلیدی که تاکنون گفتیم – کاهش زمان، هزینه و نیروی کار، ایجاد فرصتهای طراحی منحصربهفرد و بهرهوری بیشتر – نشان میدهند که این فناوری در شرایط خاص ارزشمند خواهد بود.
کشورهای در حال توسعه همواره با مشکلات مسکن دستوپنجه نرم میکنند. توانایی ساخت خانههای باکیفیت و مقرونبهصرفه برای توسعهی اقتصادی پایدار حیاتی است. فرآیند سریع چاپ سهبعدی خانهها میتواند در کوتاهمدت به بحران بیخانمانی پاسخ دهد.
دقیقاً همین هدفی است که New Story و Icon در تاباسکو، مکزیک دنبال میکنند. ایده این است که نخستین جامعهی کاملاً چاپ سهبعدی متشکل از 50 خانهی 500 فوت مربعی برای خانوادههای محلی در فقر شدید ساخته شود.
خانههای چاپ سهبعدی همچنین میتوانند در بحرانهای انسانی، بهویژه پس از فجایع طبیعی مانند زلزله، آتشسوزی یا سونامی، مفید باشند. چنین جوامعی با کمبود کارگر، مصالح و مشکلات لجستیکی مواجه میشوند. بازسازی با چاپ سهبعدی میتواند راهکاری سریع و ارزان برای آغاز روند بهبودی این جوامع باشد.
در نهایت، چاپ سهبعدی حتی میتواند مسیر اکتشافات فضایی مانند زندگی در مریخ را هموار کند. ایده این است که تجهیزات چاپ سهبعدی خودکار به سیارهی سرخ ارسال شوند و با استفاده از مواد خام موجود در همانجا، پیش از رسیدن نخستین انسانها، فضاهای زیستی ساخته شوند. جای تعجب نیست که ناسا علاقهی زیادی به این فناوری دارد.
تغییر الگوی صنعت ساختوساز و جذب سرمایهگذاریهای کلان
چاپ سهبعدی ساختمانی تنها توجه رهبران صنعت و سرمایهگذاران را جلب نکرده است، بلکه پای پول آنها را هم به میان آورده است! بازار چاپ سهبعدی در حوزهی ساختوساز طی سالهای اخیر رشد پیوستهای داشته است. در سال 2019، شرکت سازندهی چاپگرهای بتنی سهبعدی COBOD تنها در دومین سال فعالیت خود به سود رسید؛ دستاوردی بزرگ برای هر شرکتی، بهویژه در بازاری که هنوز بسیار نوپا محسوب میشود.
پس از سال 2020 و بحران کرونا، بیشتر صنایع جهانی تحت تأثیر قرار گرفتند و چاپ سهبعدی ساختمانی نیز از این قاعده مستثنی نبود. با این حال، این فناوری بهعنوان یک راهحل مناسب برای چنین زمانهایی مطرح شد، زیرا به نیروی کار کمتری در محل نیاز دارد. پس نیازی نیست صرفاً به حرف ما اعتماد کنید. کافی است به یاد داشته باشید که رهبران صنعت در جایگاه خود قرار دارند چون بازار را میشناسند، و سرمایهگذاران بزرگ نیز تنها روی فناوریهای امکانپذیر و واقعاً نویدبخش سرمایهگذاری میکنند. خانههای چاپ سهبعدی همان تحول بزرگ بعدی هستند.
گسترش جهانی خانههای چاپ سهبعدی و عبور از مرحله آزمایشی
خانههای چاپ سهبعدی دیگر یک ایدهی آیندهنگرانه نیستند؛ آنها همین حالا هم به واقعیت تبدیل شدهاند و بهسرعت در سراسر جهان در حال گسترش هستند. در حالی که خانههای چاپ سهبعدی اغلب در مسابقات معماری یا بهعنوان طرحهای مفهومی دیده میشوند، امروزه ساختمانهای واقعی بسیاری وجود دارند که ساکنان آنها در حال استفادهاند. برای نمونه، هتل لوییس گرند در فیلیپین یک بخش جدید به مساحت 1,400 فوت مربع دارد که کاملاً با چاپ سهبعدی ساخته شده و شامل اتاقخوابها و اتاقهای نشیمن است.
دولتها نیز وارد این عرصه شدهاند. در سال 2019، شرکت روسی Apis Cor بزرگترین ساختمان چاپ سهبعدی تا آن زمان را ساخت؛ یک ساختمان دوطبقه به مساحت 6,888 فوت مربع که اکنون محل شهرداری دبی است. این دومین ساختمان دولتی چاپ سهبعدی دبی پس از «دفتر آینده» محسوب میشود.
در اروپا، خانهی چاپ سهبعدی Yhnova در سال 2018 به یکی از نخستین خانههای مسکونی جهان تبدیل شد، زمانی که خانوادهی Ramdani به آن نقل مکان کردند. این سازه توسط دانشگاه نانت با استفاده از تجهیزات اختصاصی خود ساخته شد و چاپ سهبعدی ساختار 1,000 فوت مربعی آن بیش از 54 ساعت زمان برد.
پس دفعهی بعدی که دربارهی خانههای چاپ سهبعدی چیزی شنیدید، به یاد داشته باشید که هرچند این فناوری همچنان در حال توسعه است، اما نتایج بزرگی نشان داده و همین حالا در نقاط مختلف جهان مورد استفاده قرار میگیرد.
نتیجهگیری
خانههای چاپ سهبعدی دیگر صرفاً یک ایده مفهومی یا آزمایشگاهی نیستند، بلکه بهعنوان راهکاری عملی برای حل چالشهای جدی صنعت ساختوساز در حال تثبیت جایگاه خود هستند. کاهش چشمگیر زمان اجرا، نیاز کمتر به نیروی انسانی، هزینههای ساخت پایینتر، مصرف بهینه مصالح و امکان اجرای طراحیهای پیچیده، همگی نشان میدهند که این فناوری ظرفیت ایجاد یک تحول بنیادین را دارد.
در جهانی که با بحران مسکن، کمبود منابع، افزایش هزینههای ساخت و پیامدهای زیستمحیطی مواجه است، چاپ سهبعدی ساختمانی میتواند پاسخی هوشمندانه و پایدار باشد. از پروژههای مسکن مقرونبهصرفه در کشورهای در حال توسعه گرفته تا بازسازی مناطق آسیبدیده از بلایای طبیعی و حتی ساخت زیستگاههای فضایی، دامنه کاربرد این فناوری فراتر از تصورات گذشته است.
با افزایش سرمایهگذاری، بهبود تجهیزات و توسعه مواد چاپی، انتظار میرود خانههای چاپ سهبعدی در سالهای آینده نقش پررنگتری در معماری و شهرسازی ایفا کنند. هرچند هنوز چالشهایی در مسیر گسترش این فناوری وجود دارد، اما شواهد جهانی نشان میدهد که چاپ سهبعدی، نه یک موج زودگذر، بلکه یکی از ستونهای آینده صنعت ساختوساز خواهد بود
