تدقيق لغوي: أ. موانا دبس
قائمة المحتويات
يمكن لصناعة البناء والتشييد الاستفادة من تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد بعدة طرق، حيث توفر تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد حريةً في تصميم البناء، وتُقلّل من هدر المواد، كما تُقلّل بشكلٍ كبيرٍ من الوقت اللازم للبناء. تتضمن عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد للبناء استخدام برنامج التصميم باستخدام الحاسب (CAD) لإنشاء مخططٍ رقمي، ويتمُّ بعد ذلك تحويل هذا المخطط إلى تنسيقٍ يمكن للطابعة ثلاثية الأبعاد فهمه، وعادةً ما يكون ملفاً بصيغة STL أو OBJ.
ما هي التقنيات المُستخدمة للطباعة ثلاثية الأبعاد لعمليات البناء؟
يمكن تطبيق العديد من تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد في صناعة البناء والتشييد، ولكل طريقةٍ مزاياها وقيودها، ومن طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد الأكثر استخداماً في عملية البناء ما يلي: [1]
1- تقنية بثق المواد (Material Extrusion)
وهي التقنية الأكثر انتشاراً في صناعة البناء والتشييد، حيث يتمُّ بثق المواد من خلال فوهةٍ واحدة أو أكثر من الفوهات المُثبّتة في نهاية ذراعٍ آلية (Robot arm)، أو في نظام آليةٍ جسرية، أو على رافعة، وتستخدم هذه التقنية في النماذج الأولية للبناء، وفي الإنتاج الفعلي للبناء.
2- تقنية دمج طبقات المساحيق (Powder bed fusion)
تختلف هذه التقنية عن التقنيات الأخرى، حيث إنها تستخدم مادة المسحوق كمكونٍ أساسي لها، حيث يقوم الليزر بإذابة جزيئات مواد البناء في كل طبقةٍ مرغوبة من الجسم، ويتمُّ بالتزامن مع ذلك إضافة مادة المسحوق لتشكيل طبقةٍ جديدة، ويتمُّ تكرار العملية طبقةً بعد طبقة حتى تنتهي الطباعة، وتؤمّن هذه التقنية دقةً عالية، ويمكنها إنتاج التصاميم المُعقّدة.
3- نفث المواد الرابطة (Binder Jetting)
تستخدم تقنية نفث المادة الرابطة رأس طباعة، يقوم بتوزيع المادة الرابطة السائلة على طبقة المسحوق، وتقوم المادة الرابطة بدمج الجزيئات معًا، فيتمُّ تشكيل طبقة من الجسم، ثم تتمُّ إضافة طبقةٍ جديدة، وتتكرر العملية حتى تنتهي الطباعة، وتؤمّن هذه التقنية أيضاً دقةً عالية.
4- نفث المواد (الطباعة النفاثة ثلاثية الأبعاد) (Material Jetting)
وتُسمّى أحياناً الرش (Spray)، وتستخدم هذه التقنية روبوتاً مستقلاً، يقوم بنفث مواد البناء المضغوطة بطريقةٍ انتقائيةٍ للحصول على طبقةٍ من طبقات الشكل المُصمّم المطلوب، وتُكرر العملية طبقةً بعد طبقة. تترك هذه التقنية تجاويف يمكن ملؤها بعد ذلك بالخرسانة، ويتمُّ حاليًا البحث عن تطبيق هذه التقنية لإنتاج عناصر البناء الشاقولية، وعناصر بناءٍ أخرى، مثل: الواجهات، أو زخارف السقف.
5- تقنية دمج طبقات الرمل (Sand Layers)
تتضمن وضع طبقاتٍ من الرمل لإنشاء الهيكل، وتقوم الطابعة بتفريغ (بتحرير) حبيباتٍ من الرمل في المكان المطلوب حتى الوصول إلى السماكة المطلوبة، ويتمُّ بعد ذلك تحرير قطراتٍ من سائل مادةٍ رابطة بواسطة الطابعة، والتي تعمل على تقوية الرمال وربطها.
تناسب هذه التقنية إنشاء هياكل صغيرة أو أجزاء من مكونات البناء، والمواد المستخدمة في هذه التقنية غالبًا ما تكون رخيصة الثمن، ومتوفرة بسهولة، وهي أيضًا تقنيةٌ بسيطةٌ نسبيًا، وتتطلب معداتٍ أقلَّ تخصصًا من بعض طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى.
ما هي هياكل التحريك المُستخدمة للطابعات ثلاثية الأبعاد الخاصة بالبناء؟
تُستخدم عدة تقنياتٍ لتحريك رأس الطباعة، ومن هذه التقنيات: [1]
1- الأذرع الآلية الروبوتية (Robot arms)
يتمُّ تصنيعها بنفس طريقة الرافعات التقليدية للخرسانة، والتي تُعرف بطريقة (Contouring). يتحرك الذراع الآلي أثناء طباعة مواد الخرسانة أو البوليمرات، ويتمُّ تكوين طبقةٍ بعد طبقة لإنشاء الهيكل ثلاثي الأبعاد، ويمكن التحكم في حركة ذراع الروبوت الحامل لرأس الطباعة، باستخدام تطبيقات التصميم باستخدام الحاسب (CAD)، والحصول على دقةٍ عاليةٍ في الشكل والسماكة.
2- الآلية ذات الشكل الجسري (Gantry-style)
وهي الطابعة ثلاثية الأبعاد العملاقة في مجال البناء، وتستخدم نظام (هيكل) الجسر (Gantry system)، ويتحرك رأس الطباعة على طول المحاور (X,Y,Z)، ويمكن من خلالها الحصول على الهياكل والمباني ذات المساحات الكبيرة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.
يمكنها طباعة الهياكل والمباني ذات القياس الكبير جداً مقارنةً مع الأنواع الأخرى لهياكل الطابعات ثلاثية الأبعاد، مما يجعلها التقنية الأمثل لمشاريع البناء من بين تقنيات الطباعة الأخرى، وتتميز باستقرارها، وبالتكلفة الأقل مقارنةً مع الأنواع الأخرى لهياكل الطابعات.
تطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء
تُستخدم الطابعات ثلاثية الأبعاد للحصول على النماذج المعمارية، والنماذج الأولية للبناء، وصب الخرسانة، وإنشاء الأبنية، وتصنيع المكونات الهيكلية للأبنية. [2]
1- النماذج المعمارية
تُستخدم هذه النماذج ثلاثية الأبعاد المُصغّرة لمعاينة التصميمات، وإيصال أهداف التصميم للزبون، ويمكن للطابعات ثلاثية الأبعاد إنتاج نماذج معمارية دقيقة، وبسرعة تعتمد على حجم وتعقيد، ومواد النموذج المراد تصنيعه.
2- النماذج الأولية في البناء
تستخدم للحصول على النموذج الأول الواقعي لمنتجٍ جديد، وهذا يمكن شركات البناء من إيجاد تمثيلٍ مرئيٍ للمنتج واختباره.
3- حلول القوالب
إنتاج قوالب صبّ الخرسانة، حيث يمكن صبّ مواد البناء فيها، ويتمُّ صبّ المادة في مكانها حتى تتصلب، وتصبح قويةً بما يكفي، ويُزال القالب بعد ذلك أو يُتلف.
4- المباني
تنتج الطابعات ثلاثية الأبعاد مباني كاملة وهياكل أخرى، مثل: الملاجئ المؤقتة، والمنازل، والمكاتب الدائمة، والجسور، وهذا يؤمّن عملية بناءٍ أقل تكلفة وأسرع.
5- المكونات الهيكلية
عندما يكون من الصعب إنتاج هيكل أو مبنى كامل عبر طابعة ثلاثية الأبعاد، فقد تختار الشركات طباعة المكونات الفردية، ويُعتبر تصنيع عناصر البناء الإفرادية طريقةً فعّالةً من حيث التكلفة، وتناسب إنتاج أجزاءٍ معينةٍ من المبنى.
المراجع البحثية
1- Xometry, T. (2023, May 18). 3D printing technology for construction. Xometry. Retrieved November 12, 2023
2- Ross L. (2023, September 29). 3D printing in construction: materials, applications, and advantages. Thomas Publishing Company. Retrieved November 12, 2023
