House Zero, Austin, Teksas
Austin, Teksas'taki House Zero, 2,000D baskılı betonla inşa edilmiş 3 metrekarelik bir evdir. Lake Flato Mimarları

Mimaride nadiren yeni malzemeler ortaya çıkar.

Yüzyıllar boyunca ahşap, duvarcılık ve beton, dünyadaki çoğu yapının temelini oluşturdu.

1880'lerde benimsenmesi çelik çerçeve mimariyi sonsuza dek değiştirdi. Çelik, mimarların daha büyük pencerelere sahip daha uzun binalar tasarlamasına izin vererek, bugün şehir silüetlerini tanımlayan gökdelenlerin ortaya çıkmasına neden oldu.

Sanayi devriminden bu yana, inşaat malzemeleri büyük ölçüde seri üretilen bir dizi elemanla sınırlandırılmıştır. Çelik kirişlerden kontrplak panellere kadar, bu standartlaştırılmış parça kiti, 150 yılı aşkın bir süredir binaların tasarımı ve inşası için bilgi sağlamıştır.

Bu, "" olarak adlandırılan gelişmelerle yakında değişebilir.büyük ölçekli eklemeli üretim” Çelik çerçevenin benimsenmesinden bu yana, binaların tasarlanma ve inşa edilme şeklini bu kadar değiştirme potansiyeline sahip bir gelişme olmamıştır.

Masaüstü 3D baskı gibi büyük ölçekli eklemeli üretim, nesneleri her seferinde bir katman oluşturmayı içerir. İster kil, ister beton veya plastik olsun, baskı malzemesi sıvı halde ekstrüde edilir ve son halini almak üzere sertleşir.


kendi kendine abone olma grafiği


yönetmeni olarak Akıllı Yapılar Enstitüsü Tennessee Üniversitesi'nde, bu yeni teknolojiyi uygulayan bir dizi proje üzerinde çalışma şansına eriştim.

Bu teknolojinin yaygın olarak benimsenmesinin önündeki bazı engeller hâlâ mevcut olsa da, binaların tamamen geri dönüştürülmüş malzemelerden veya sahadan temin edilen malzemelerden, doğanın geometrilerinden ilham alan formlarla inşa edildiği bir gelecek öngörebiliyorum.

Gelecek vaat eden prototipler

Bunlar arasında Trillium Köşkü, geri dönüştürülmüş malzemelerden basılmış bir açık hava yapısı ABS polimer, çok çeşitli tüketici ürünlerinde kullanılan yaygın bir plastik.

Yapının ince, çift kıvrımlı yüzeyleri, çiçek yapraklarından ilham almıştır. onun adaş çiçeği. Proje öğrenciler tarafından tasarlandı, Loci Robotics tarafından basıldı ve Knoxville'deki Cherokee Farm'daki Tennessee Üniversitesi Araştırma Parkı'nda inşa edildi.

Büyük ölçekli eklemeli imalatın diğer yeni örnekleri Tecla'yı dahil etMario Cucinella Architects tarafından tasarlanan ve İtalya'nın küçük bir kasabası olan Massa Lombarda'da basılan 450 metrekarelik (41.8 metrekarelik) bir prototip konut.

Tecla, yerel kaynaklı kilden inşa edildi.
Tecla, yerel kaynaklı kilden inşa edildi.
Mario Cucinella Mimarları

Mimarlar, Tecla'yı yerel bir nehirden alınan kilden basmışlardır. Bu ucuz malzeme ve radyal geometrinin benzersiz kombinasyonu, enerji açısından verimli bir alternatif mahfaza biçimi yarattı.

ABD'de, mimarlık firması Lake Flato, "adlı bir ev için beton dış duvarlar basmak üzere inşaat teknolojisi firması ICON ile ortaklık kurdu.ev sıfır” Austin, Teksas'ta.

2,000 metrekarelik (185.8 metrekare) ev, 3D baskılı betonun hızını ve verimliliğini gösteriyor ve yapı, eğrisel duvarları ile açıkta kalan ahşap çerçevesi arasında hoş bir kontrast sergiliyor.

planlama süreci

Büyük ölçekli katmanlı üretim üç bilgi alanını içerir: dijital tasarım, dijital üretim ve malzeme bilimi.

Başlamak için, mimarlar yazdırılacak tüm bileşenlerin bilgisayar modellerini oluşturur. Bu tasarımcılar daha sonra yazılım kullanarak bileşenlerin yapısal kuvvetlere nasıl tepki vereceğini test edebilir ve bileşenleri buna göre ayarlayabilir. Bu araçlar aynı zamanda tasarımcının bileşenlerin ağırlığını nasıl azaltacağını anlamasına ve baskıdan önce karmaşık geometrik kesişimleri yumuşatmak gibi belirli tasarım süreçlerini otomatikleştirmesine yardımcı olabilir.

Bir parça yazılım dilimleyici olarak bilinir daha sonra bilgisayar modelini 3D yazıcı için bir dizi talimata çevirir.

3B yazıcıların nispeten küçük ölçekte çalıştığını varsayabilirsiniz - düşünün cep telefonu kılıfları ve diş fırçası tutacakları.

Ancak 3D baskı teknolojisindeki gelişmeler, donanımın ciddi bir şekilde ölçeklendirmek. Bazen baskı denilen şey aracılığıyla yapılır. portal tabanlı bir sistem – bir masaüstü 3D yazıcıya benzer kayar raylardan oluşan dikdörtgen bir çerçeve. Giderek, robotik silahlar herhangi bir yönde yazdırabilmeleri nedeniyle kullanılırlar.

Robotik kollar, inşaat sürecinde daha fazla esneklik sağlar.

 

Baskı yeri de değişebilir. Mobilyalar ve daha küçük bileşenler fabrikalarda basılabilirken tüm evlerin yerinde basılması gerekir.

Büyük ölçekli eklemeli üretim için çeşitli malzemeler kullanılabilir. Beton, aşinalığı ve dayanıklılığı nedeniyle popüler bir seçimdir. Kil ilgi çekici bir alternatif çünkü sahada hasat edilebiliyor – Tecla tasarımcılarının yaptığı da buydu.

Ancak plastikler ve polimerler en geniş uygulamaya sahip olabilir. Bu malzemeler inanılmaz derecede çok yönlüdür ve çok çeşitli özel yapısal ve estetik gereksinimleri karşılayacak şekilde formüle edilebilirler. Ayrıca geri dönüştürülmüş ve organik olarak türetilmiş malzemelerden de üretilebilirler.

Doğadan ilham

Eklemeli imalat, yalnızca belirli bir bileşeni yapmak için gereken malzeme ve enerjiyi kullanarak katman katman inşa ettiğinden, “çok daha verimli bir inşa sürecidir”.çıkarma yöntemlerifazla malzemeyi kesmeyi içerir - bir ağaçtan ahşap bir kiriş frezelemeyi düşünün.

Ek kalıba veya kalıba ihtiyaç olmadığından, beton ve plastik gibi yaygın malzemeler bile 3D baskıdan yararlanır.

Günümüzde inşaat malzemelerinin çoğu, aynı bileşenleri üretmek için tasarlanmış montaj hatlarında toplu olarak üretilmektedir. Maliyeti düşürürken, bu süreç özelleştirme için çok az yer bırakır.

Takımlamaya, şekillendirmeye veya kalıba ihtiyaç olmadığından, büyük ölçekli eklemeli üretim, ek karmaşıklık veya özelleştirme için zaman kaybı olmadan her parçanın benzersiz olmasını sağlar.

Büyük ölçekli eklemeli imalatın bir başka ilginç özelliği de iç boşlukları olan karmaşık bileşenler üretebilme yeteneğidir. Bu, bir gün duvarların halihazırda yerinde boru veya hava kanalı ile basılmasına izin verebilir.

Ek olarak, araştırma yapılıyor pencerelerin, yalıtımın, yapısal güçlendirmenin ve hatta kablo tesisatının tek bir basılı bileşene tamamen entegre olmasına izin verebilecek bir teknik olan çok malzemeli 3D baskının olanaklarını keşfetmek.

Eklemeli imalatın beni en çok heyecanlandıran yönlerinden biri, yavaş yavaş sertleşen bir malzeme ile katman katman yapının kabuk oluşumu gibi doğal süreçleri yansıtma şeklidir.

Şangay'da 3 boyutlu yazıcıyla basılmış bir ev
Şangay'da inşaat atıklarından 3 saatten daha kısa sürede inşa edilen 24D baskılı bir ev.
Görsel Çin Grubu/Getty Images

Bu, tasarımcıların diğer inşaat yöntemlerini kullanarak üretmesi zor olan ancak doğada yaygın olan geometrileri uygulamasına izin vererek fırsat pencereleri açar.

Yapısal çerçeveler kuş kemiklerinin ince yapısından esinlenilmiştir üzerlerine etki eden kuvvetleri yansıtan değişen boyutlarda hafif tüp kafesleri oluşturabilir. cepheler bitki yapraklarının şekillerini çağrıştırmak binayı aynı anda gölgeleyecek ve güneş enerjisi üretecek şekilde tasarlanabilir.

Öğrenme eğrisinin üstesinden gelmek

Büyük ölçekli eklemeli imalatın birçok olumlu yönüne rağmen, daha geniş çapta benimsenmesinin önünde bir dizi engel var.

Belki de üstesinden gelinmesi gereken en büyük şey, yeniliğidir. Tedarik zincirlerini ve bina kodlarını içeren çelik, beton ve ahşap gibi geleneksel inşaat biçimleri etrafında inşa edilmiş eksiksiz bir altyapı var. Ek olarak, dijital fabrikasyon donanımının maliyeti nispeten yüksektir ve bu yeni malzemelerle çalışmak için gereken özel tasarım becerileri henüz geniş çapta öğretilmemiştir.

Mimaride 3D baskının daha yaygın olarak benimsenmesi için nişini bulması gerekecek. nasıl benzer kelime işlem, masaüstü bilgisayarların popülerleşmesine yardımcı oldu, Yaygın kullanımına yol açacak olan büyük ölçekli eklemeli imalatın spesifik bir uygulaması olacağını düşünüyorum.

Belki de yüksek verimli yapısal çerçeveler basma yeteneği olacaktır. Kullanım ömürlerinin sonunda geri dönüştürülebilen ve yeniden basılabilen benzersiz heykelsi cepheler yaratma vaadini de şimdiden görüyorum.

Her iki durumda da, bazı faktörlerin bir araya gelmesi, gelecekteki binaların bir kısmının 3D-printed olmasını sağlayacak gibi görünüyor.Konuşma

Yazar hakkında

James Gül, Akıllı Yapılar Enstitüsü Müdürü, Tennessee Üniversitesi

Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.