Το 3D printing είναι μία τεχνολογία που τα τελευταία χρόνια πρωταγωνιστεί στον κατασκευαστικό τομέα, καθώς βρίσκει ολοένα και περισσότερες εφαρμογές στην υλοποίηση ποιοτικών και συνάμα πιο χαμηλού κόστους κτιρίων.
To 3D printing είναι μία ανερχόμενη μέθοδος, η οποία βρίσκει όλο και περισσότερες εφαρμογές στον κόσμο των κατασκευών. Πλέον σπίτια και ολόκληρες συνοικίες, μπορούν να υλοποιηθούν από εξελιγμένα ρομποτικά συστήματα, ικανά να παράγουν κατοικίες υψηλών προδιαγραφών, χωρίς σχεδιαστικές ατέλειες. Η διαδικασία γίνεται σε ένα αυστηρά ελεγχόμενο εργοστασιακό περιβάλλον, γεγονός που μειώνει τα σφάλματα και μειώνει αισθητά τον χρόνο κατασκευής, επιφέροντας μεγάλα περιθώρια κέρδους για τις εταιρείες του κλάδου, αλλά και για τους καταναλωτές, καθώς θα μπορούν να αποκτούν σπίτια με μικρότερο κόστος. Προς ώρας, το 3D printing βρίσκεται ακόμη σε πιλοτικό στάδιο, καθώς χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή εξαρτημάτων ή τμημάτων μίας οικοδομής. Βέβαια, όπως θα διαπιστώσουμε και παρακάτω, σταδιακά αρχίζει και εφαρμόζεται για την μαζική παραγωγή κτιρίων με εντυπωσιακά αποτελέσματα.
Η ιστορία της τρισδιάστατης εκτύπωσης
Οι ρίζες της τρισδιάστατης εκτύπωσης χρονολογούνται από τα μέσα της δεκαετίας του 1980, όταν επινοήθηκε η στερεολιθογραφία ή SLA. Το SLA λειτουργεί ως λέιζερ υψηλής ισχύος και μετατρέπει την υγρή ρητίνη σε στερεό υλικό. Το SLA είναι μια προσθετική τεχνολογία, η οποία μπορεί να δημιουργήσει ένα νέο προϊόν από το μηδέν, κατασκευάζοντας το σταδιακά στρώμα – στρώμα. Ως τρισδιάστατη εκτύπωση θεωρείται γενικά κάθε τεχνολογία που δημιουργεί εξαρτήματα με πρόσθετο τρόπο. Ακόμη και σήμερα, η SLA εξακολουθεί να είναι μια από τις πιο δημοφιλείς τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης, ωστόσο έχουν αναδειχθεί και άλλες τεχνολογίες 3D printing όπως η επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ (SLS), η μοντελοποίηση λιωμένης εναπόθεσης (FDM) και η άμεση εναπόθεση μετάλλων (DMD).
Η τρισδιάστατη εκτύπωση αρχικά χρησιμοποιήθηκε για τη γρήγορη και ακριβή δημιουργία πρωτοτύπων εξαρτημάτων. Καθώς όμως οι διαδικασίες πρόσθετων βελτιώθηκαν, οι βιώσιμες χρήσεις του άρχισαν να επεκτείνονται. Αρχικά, η τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιήθηκε από αρκετά αρχιτεκτονικά γραφεία για την κατασκευή μοντέλων κλίμακας, ενώ εντατικοποιήθηκε με την τεχνολογία ΒΙΜ. Σύντομα έγιναν αντιληπτές οι απεριόριστες δυνατότητες που προσφέρει το 3D printing στις κατασκευές.
Για περισσότερο από μια δεκαετία, η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλές φιλόδοξες πρωτοβουλίες και έργα στον τομέα των κατασκευών, όπως:
Το 2004, ένας καθηγητής του USC προσπάθησε να εκτυπώσει με την μέθοδο του 3D έναν τοίχο, γεγονός που αποτέλεσε την είσοδος της τεχνολογίας στην κατασκευή.
Το 2014, ολοκληρώθηκε στο Άμστερνταμ ένα σπίτι που κατασκευάστηκε με χρήση τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Το 2016, ολοκληρώθηκε ένα αρχοντικό με τρισδιάστατη εκτύπωση στην Κίνα, ενώ την ίδια χρονιά, το Dubai Future Foundation έχτισε το Γραφείο του Μέλλοντος μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης, ένα σημαντικό ορόσημο για την τεχνολογία στον τομέα των εμπορικών κατασκευών. Το πλήρως λειτουργικό κτίριο των 2.700 τετραγωνικών ποδιών κατασκευάστηκε από έναν μεγάλο τρισδιάστατο εκτυπωτή που είχε διαστάσεις 120 x 40 x 20 πόδια. Η κατασκευή διήρκεσε μόλις 17 ημέρες.
Σήμερα, η αγορά κατασκευών τρισδιάστατης εκτύπωσης αναπτύσσεται γρήγορα και αναμένεται να φτάσει το 1,5 δισεκατομμύριο δολάρια μέχρι το 2024.
Τα οφέλη του 3D Printing στις κατασκευές
Για ποιον λόγο η τρισδιάστατη εκτύπωση κερδίζει τόσο μεγάλο ενδιαφέρον στον κατασκευαστικό τομέα; Καθώς ο κλάδος αντιμετωπίζει αυξανόμενη πίεση για να ανταποκριθεί σε αυστηρά χρονοδιαγράμματα και προϋπολογισμούς, οι εταιρείες αναζητούν νέες καινοτομίες για να συμβάλουν στην κάλυψη των κενών. Η τρισδιάστατη εκτύπωση στις κατασκευές προσφέρει σημαντικές δυνατότητες αύξησης της αποδοτικότητας στον κτιριακό τομέα, συμπληρωματικά των παραδοσιακών μεθόδων.
Με το 3D printing μπορεί να χτιστεί ένα κτίριο μεσαίου ή μεγαλύτερου μεγέθους από την αρχή μέσα σε λίγες μέρες. Το γεγονός αυτό καθιστά την τρισδιάστατη εκτύπωση εξαιρετικά πιο γρήγορη σε σύγκριση με την παραδοσιακή κατασκευή, η οποία μπορεί να πάρει μήνες έως και χρόνια, ανάλογα με τις προδιαγραφές και τον όγκο του έργου. Σύμφωνα με τον Marco Vonk, Διευθυντή Μάρκετινγκ της Saint-Gobain Weber Beamix, με την εν λόγω τεχνοτροπία εξοικονομείται περίπου 60% του συνολικού χρόνου στο εργοτάξιο και ολοκληρώνεται κατά 80% γρηγορότερα η εργασία.
Ένα σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο κλάδος των κατασκευών είναι τα οικοδομικά απόβλητα, τα οποία επί του παρόντος, σε παγκόσμια κλίμακα, ανέρχονται σε περισσότερους από 1 δισεκατομμύριο τόνους κάθε χρόνο και σύμφωνα με το Construction Dive, ο αριθμός αυτός αναμένεται να διπλασιαστεί μέχρι το 2025. Αν και η τρισδιάστατη εκτύπωση δεν θα μπορέσει να λύσει πλήρως το ζήτημα των οικοδομικών απορριμμάτων, μπορεί να προσφέρει πολύτιμη βοήθεια. Το 3D printing είναι μια πρόσθετη διαδικασία παραγωγής που χρησιμοποιεί μόνο όσο υλικό είναι απαραίτητο για τη δημιουργία μιας δομής. Όταν συνδυάζεται με άλλες διαδικασίες μείωσης των ρύπων και με «πράσινους» τρόπους κατασκευής, όπως είναι η προκατασκευή και ο βιοκλιματικός σχεδιασμός, η δυνατότητα υλοποίησης ενός κτιρίου με μηδενικά απόβλητα φαίνεται ακόμη πιο ρεαλιστική.
Ένα από τα σπουδαιότερα πλεονεκτήματα του 3D printing είναι η σχεδιαστική ελευθερία που προσφέρει. Οι αρχιτέκτονες είναι σε θέση να κατασκευάζουν πολύπλοκα σχέδια που θα ήταν είτε πολύ ακριβά, είτε απαιτητικά ή και ανέφικτα να υλοποιηθούν με τα συμβατικά κατασκευαστικά μέσα. Αυτό μπορεί να επιτρέψει πολύ περισσότερη καινοτομία και δημιουργικότητα στον χώρο της κατασκευής. Ο Μ. Vonk προσθέτει ότι «η 3D εκτύπωση από σκυρόδεμα δίνει τη δυνατότητα να κατασκευαστεί οποιοδήποτε σχήμα. Μπορούμε να το λυγίσουμε, να κάνουμε γωνίες και να φτιάξουμε σχεδόν οποιοδήποτε οργανικό σχήμα, το οποίο θα είναι ένα πιστό αντίγραφο του σχεδίου που βρίσκεται στο χαρτί».
Οι 3D Printed κοινωνικές κατοικίες στην Κένυα
Η εταιρεία Holcim παρουσίασε το συγκρότημα κατοικιών Mvule Gardens στην Κένυα, το οποίο πρόκειται για το μεγαλύτερο project κοινωνικής στέγασης που κατασκευάστηκε αποκλειστικά με τη μέθοδο του 3D printing.
Σύμφωνα με την Holcim, το έργο κατέστη δυνατό εξαιτίας του υλικού που χρησιμοποιήθηκε στους τρισδιάστατους εκτυπωτές της εταιρείας TectorPrint, το οποίο προσέδωσε στους τοίχους ενισχυμένη αντοχή, ώστε να κρατούν αποτελεσματικά το βάρος του κτιρίου. Η συγκεκριμένη τεχνοτροπία αποτελεί μία σημαντική ανακάλυψη, η οποία θα ενισχύσει τη χρήση του 3D printing στον τομέα της προσιτής στέγασης. Το 3D printing μπορεί να δώσει λύση στο στεγαστικό πρόβλημα που βασανίζει τα κράτη σε παγκόσμιο επίπεδο και ιδιαίτερα τις αναπτυσσόμενες χώρες. Χαρακτηριστικά ο Jan Jenisch, Διευθύνων Σύμβουλος της Holcim, δήλωσε: «Είμαστε ενθουσιασμένοι που κατασκευάζουμε στην Κένυα ένα από τα μεγαλύτερα τρισδιάστατα εκτυπωμένα οικονομικά έργα στέγασης στον κόσμο.
Με τη σημερινή ταχεία αστικοποίηση, πάνω από τρία δισεκατομμύρια άνθρωποι αναμένεται να χρειαστούν οικονομικά προσιτή στέγαση μέχρι το 2030. Αυτό το ζήτημα είναι πιο οξύ στην Αφρική, με χώρες, όπως η Κένυα, να αντιμετωπίζουν ήδη μια εκτιμώμενη έλλειψη δύο εκατομμυρίων κατοικιών. Με την ανάπτυξη της τρισδιάστατης εκτύπωσης, μπορούμε να αντιμετωπίσουμε αυτό το κενό υποδομής σε κλίμακα για να αυξήσουμε το βιοτικό επίπεδο για όλους».
Οι κήποι Mvule στο Κιλίφι της Κένυας αποτελούν μέρος του ευρύτερου αναγεννητικού οικοσυστήματος Green Heart of Kenya, ενός μοντέλου που προάγει την κατασκευή βιοκλιματικών πόλεων, φιλικές προς το περιβάλλον. Το προηγμένο προφίλ βιωσιμότητάς του έργου κέρδισε την πιστοποίηση IFC-EDGE Advanced βιώσιμου σχεδιασμού, η οποία αναγνωρίζει κτίρια με αποδοτική χρήση πόρων και μηδενικές εκπομπές άνθρακα.
Ρομποτική κατασκευή 100 κατοικιών στο Τέξας
Δεκάδες ρομπότ τρισδιάστατης εκτύπωσης ξεκίνησαν την κατασκευή της κοινότητας Wolf Ranch στο Georgetown του Τέξας, η οποία εκτιμάται ότι θα αποτελείται περίπου από 100 κατοικίες.
Το έργο σχεδιάστηκε από το αρχιτεκτονικό γραφείο Bjarke Ingels Group της Δανίας, ενώ την υλοποίηση του έργου έχει αναλάβει η ειδική εταιρεία σε ζητήματα 3D printing, Icon, σε συνεργασία με την αμερικανική κατασκευαστική Lennar. Τα ακίνητα φτιάχνονται από το σύστημα Vulcan της Icon, το οποίο είναι ικανό να χτίσει κατοικίες 3.000 τετραγωνικών ποδιών με ιδιόκτητο σύστημα τοιχοποιίας. Οι εν λόγω κατοικίες θα συνδυάζουν τη σύγχρονη αισθητική με τον παραδοσιακό σχεδιασμό των ράντσο-σπιτιών του Τέξας. Επιπλέον, όλα τα σπίτια θα χρησιμοποιούν ηλιακούς συλλέκτες στον τελευταίο όροφο για τροφοδοσία και θα έχουν πρόσβαση σε πισίνες, μονοπάτια αναψυχής και πάρκα.
Ο Jason Ballard, διευθύνων σύμβουλος της Icon, δήλωσε: «Για πρώτη φορά στην ιστορία, γινόμαστε μάρτυρες ενός στόλου ρομπότ που κατασκευάζει μια ολόκληρη κοινότητα σπιτιών. Και όχι τυχαίες κατοικίες, αλλά σπίτια που είναι καλύτερα από κάθε άποψη.
Είναι πιο προσεκτικά σχεδιασμένα, με μεγαλύτερη αντοχή στις υλικές φθορές, υψηλότερη ενεργειακή απόδοση, θερμική άνεση και ανθεκτικότητα στον χρόνο. Στο μέλλον, πιστεύω ότι τα ρομπότ και τα drones θα χτίσουν ολόκληρες γειτονιές, κωμοπόλεις και πόλεις. Η κοινότητα του Lennar’s Wolf Ranch θα οριστεί το μέρος, όπου ξεκίνησε η ρομποτική κατασκευή σε κλίμακα».
