كتابة – مهندسة معمارية /عزة رضا أبو السعود & مراجعة ونشر -مهندسة معمارية / إيمان مجدي أحمد (ماجستير العمارة و التخطيط العمراني جامعة قناة السويس )
مقدمة:
صناعات الإنشاءات في العالم تعد من أكبر الصناعات وأهمها حيث تبلغ 10 تريليونات دولار على مستوى العالم (أي ما يعادل 13٪ من الناتج المحلي الإجمالي)، لكن يواجه هذا القطاع الضخم العديد من المشكلات منها ضعف الإنتاجية وبطء إتمام الإنشاءات وينتج عنه أيضًا العديد من العوادم المضرة بالبيئة كما أن مجال البناء لا يزال يسيطر عليه الطابع اليدوي ، في حين حققت الصناعات الأخرى تقدمًا ملحوظًا في استخدام التقنيات الحديثة, لهذا تم البحث عن طرق بناء حديثة مستدامة وصديقة للبيئة وفي نفس الوقت تكون سريعة التحضير وغير مكلفة.
ومن الملاحظ بين الكثير من الأوساط المتخصصة أن استخدام الخرسانة المطبوعة ثلاثية الأبعاد تعد حلاً ممكنًا لهذه المشاكل. كما أنه من المرجح أن تمنح هذه التقنية المهندسين المعماريين حرية في الإبداع في تصميماتهم للهياكل الجديدة, معا في هذا المقال سنتعرف علي :
- – ما هي بداية التقنية؟
– ما هي مميزات هذه التقنية؟
– ما هي العيوب والمشكلات التي تواجهها؟
– ماهي أنواعها؟ وكيف يتم استخدامها في البناء؟
أولا :بداية الطباعة ثلاثية الأبعاد:
لقد بدأ استخدام هذه التقنية في ثمانينيات القرن الماضي عن طريق المهندس الأمريكي (تشاك هال كأولي) وهي أول تقنية تحقق هدف الطباعة السريعة للنماذج ثلاثية الأبعاد والتي تنفذ الطباعة على هيئة طبقات متتالية ,ولكن انتشر استخدامها في أخر عشر سنوات وعلى الرغم من ذلك فلقد أثرت على العديد من الصناعات بل أن هذا التأثير تضخم مع الوقت وتزايدت سرعته إذ أنه مر وما زال يمر بالعديد من التطورات المتلاحقة.
ثانيا :مميزات هذه التقنية:
– تقليل التكلفة: استخدام هذه التقنية أدى لتقليل تكاليف البناء بشكل كبير ومن المتوقع ان هذه التقنية اذا استخدمت بشكل موسع سوف تحل مشكلات السكن بالنسبة لمحدودي الدخل بنسبة كبيرة فلقد تم بناء منزل في الصين بتكلفة لم تتعدى ال5 آلاف دولار, فالقضاء على تكلفة القوالب المستخدمة في طرق البناء التقليدية يعدُّ المحرك الاقتصادي الرئيسي للبناء ذلك لأنها تبنى باستخدام مواد مثل الأخشاب، إذ إن تكلفة القوالب تنخفض انخفاضًا ملموسًا بنسبة 60٪ من التكلفة الإجمالية للبناء.
– تقليل المدة: يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد أن تقلص زمن إنشاء المباني ، فلقد قامت شركة (هواشانج تينجدا) الصينية المتخصصة في مجال المقاولات والتي استطاعت بناء منزل يتكون من دورين على مساحة 400 متر مربع في أقل من شهر باستخدام تلك التقنية.
أيضاً قامت شركة صينية أخرى تدعى (وين صن للتصميم الهندسي والديكورات) ببناء عشر منازل كاملة في خلال يوم واحد عبر الطابعة ثلاثية الأبعاد ,ومع التطور السريع الذي يحدث في جميع نواحي حياتنا فسوف تتقلص هذه الأرقام مع الوقت.
– حرية التصميم الإبداعي: هذه التقنية تمنح المعماريين الحرية في تصميم المباني المختلفة دون الوقوع تحت قيود وسائل البناء التقليدية التي تحتم عليهم استخدام المباني المستطيلة لجميع الأغراض فالطرق التقليدية للبناء تنطوي على صب الخرسانة في قالب، وهو ما يعرف باسم القوالب، لكن هذه التقنية تسمح ببناء التصميمات والأشكال الحرة دون استخدام القوالب.
– تقليل النفايات: طرق البناء التقليدية تولد 80٪ من إجمالي النفايات في جميع أنحاء العالم لذا يجب التخلص منها والبحث عن جديد.
– هياكل قوية: لقد تطورت الطباعة ثلاثية الأبعاد بدرجة كبيرة سمحت باستخدام الخرسانة كإحدى مواد الطباعة وهو ما أدى إلى إنتاج منازل تستطيع تحمل الكوارث الطبيعية مثل الزلازل والأعاصير.
ثالثا :عيوب استخدام هذه التقنية:
– محدودية المواد المستخدمة: على الرغم من انتشار هذه التقنية إلا أن المواد المستخدمة في البناء بها تعد قليلة فهي تعتمد بشكل كبير على البلاستيك والمواد المعاد تدويرها.
– ثمن الطابعات ثلاثية الأبعاد: ثمن آلات الطباعة باهظ جداً ويبدأ من مئات الآلاف من الدولارات، فضلاً عن تكلفة نقلها من موقع لآخر وتخزينها في كل موقع.
– المخلفات السامة: المواد المستخدمة في الطباعة الثلاثية الأبعاد قد تؤدي إلى انبعاث مخلفات سامة على شكل جزيئات دقيقة تصل أعدادها إلى المليارات. وعلى الرغم من أن هذه المشكلة ما زالت محل الدراسة والبحث، إلا أنه ينصح بشكل عام بتركيب نظام تهوية جيد في المكان الذي يتم وضع الطابعة فيه.
رابعا :طرق استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد:
– طريقة البثق:
المواد المستخدمة: أسمنت – شمع – رغوة – البوليمرات.
طريقة التنفيذ: – يتم اذابة أو تخفيف مادة البناء ليسهل طباعتها على طبقات.
– من خلال باثق آلة الطباعة يتم قذف حبيبات صغيرة من المواد التي تتصلب على الفور لتشكيل طبقات ويتم وصل الباثق بخيوط من البلاستيك الحراري أو الأسلاك المعدنية، التي تستخدم لتسخين مادة الطباعة قبل عملية البثق.
طريقة البثق في الطباعه ثلاثية الابعاد
– طريقة مسحوق الرابطة:
المواد المستخدمة: مادة بوليميرية رابطة – مادة رابطة لرد الفعل – مضافات لحام
طريقة التنفيذ: – يتم بناء كل طبقة بنثر مسحوق الخامة فوف طبقة من المسحوق تم إعدادها كأساس
– تستخدم تلك الطبقات مواد رابطة للخامات لربط الحبيبات فيتم تشكيل النموذج
– يقوم المكبس بضغط الطبقة الأساسية لتثبيتها ومن ثم يرتفع ليقوم بضغط الطبقة التالية التي تم نثرها ثم ربط حبيباتها باستخدام مادة رابطة
– يتم تكرار بناء كل طبقة حتى يكتمل تشكيل الكتلة المطلوبة.
طرق الكبس في الطباعة ثلاثية الابعاد
خامسا : طريقة البناء:
– يتم البناء في الموقع او خارج الموقع ثم يتم نقلها.
– يستخدم طابعة يبلغ ارتفاعها 6.6 متر، وعرضها 10 أمتار، والتي تقوم بصبّ حبر أسمنتي ، بترتيب متشابك وصلب يتّخذ شكل حرف Z ، مما يعطي للجدران المطبوعة قوّة وصلابة، ويجعلها غير قابلة للانهيار أو التقوُّس .
– يتم إدخال التصميم المراد بناؤه إلى الطباعة وستعمل الطابعة بشكل أوتوماتيكي وعندما تنتهي ستتوقَّف تلقائياً.
– كما أنها تقوم بطباعة تصميمات مبتكرة وجديدة للبنايات.
شكل يوضح طريقة البناء تدريجيا
ومثال على ذلك أول مبني تجاري مطبوع بالإمارات
أول مبني تجاري مطبوع بالامارات
ختامًا:
هل تخيلت يوماً أن يتم تشييد بناء كامل بكبسة زر؟ لقد أصبح الخيال واقع فلقد حققت الطباعة الثلاثية الأبعاد نجاحات شتى في مجالات عديدة حيث تُعتبر وسيلةً سهلة ومنخفضة التكلفة وفعالة لصناعة الأشياء، لاسيما تشييد المباني عن طريق تصميمها مسبقاً بواسطة برنامج متخصص, ومن أجل ذلك يجب ان نغير الطرق التقليدية للبناء لمشاكلها العديدة والعمل على بدء تنفيذ تكنولوجيا البناء الحديثة وعلى رأسها الطباعة ثلاثية الابعاد.
المراجع: