In 3D đã xuất hiện từ đầu những năm 1980. Nó đã được sử dụng để tạo ra nhiều thứ, từ cấy ghép chỉnh hình đến các thành phần cho máy bay. Các chi tiết khác nhau tùy theo sản phẩm và quy trình liên quan, nhưng nguyên tắc cơ bản là như nhau. Một lớp vật liệu được đặt xuống và cố định tại chỗ bằng cách nào đó. Sau đó, một lớp khác được đặt lên trên. Sau đó là một lớp khác. Bằng cách thay đổi hình dạng và đôi khi là thành phần của từng lớp, máy in 3D có thể chế tạo các vật thể mà các kỹ thuật thông thường khó hoặc không thể sản xuất được.

TỪ KHÓA "HOT" TRONG NGÀNH XÂY DỰNG

Công ty kiến trúc Hà Lan DUS đã thử nghiệm những ngôi nhà in 3D từ năm 2015 và công ty xây dựng Icon có trụ sở tại Texas đã in 3D toàn bộ khu nhà cộng đồng ở Austin, Texas và Nacajuca, Mexico. Vào năm 2020, Quỹ Tương lai Dubai đã trở thành tòa nhà thương mại in 3D đầu tiên trên thế giới và vào năm 2021, trường học in 3D đầu tiên trên thế giới đã được hoàn thành ở Malawi, với các bức tường được xây dựng chỉ trong 18 giờ.

Công nghệ in 3D trong xây dựng giúp giảm đáng kể chi phí thi công đã và đang được tập trung nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ với hàng loạt các công trình xây dựng in 3D được khánh thành tại Hà Lan, Dubai, Đan Mạch và Mỹ. Tiềm năng của công nghệ in 3D trong xây dựng là quá lớn, nó sẽ được cải thiện đáng kể và phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Thời gian để máy in 3D làm việc nhanh hơn rất nhiều so với các phương pháp truyền thống có thể mất đến hàng tháng hoặc hàng năm.

Theo một nghiên cứu, in 3D giúp các doanh nghiệp tiết kiệm đến 60% thời gian và 80% lao động, cũng như giảm thiểu đáng kể chất thải bởi in 3D là một quy trình chế tạo chỉ sử dụng vật liệu cần thiết để tạo ra cấu trúc. Việc xây dựng nhà 3D không cần đến khuôn đúc bê tông nên sẽ giảm đáng kể việc sử dụng vật liệu nói chung. Một nghiên cứu năm 2020 từ Singapore cũng cho thấy việc xây một nhà tắm bằng công nghệ 3D sẽ giúp giảm hơn 25,4% chi phí và giảm gần 86% lượng khí CO2 so với phương pháp xây dựng truyền thống. Nếu kết hợp nó với các phương pháp xây dựng tinh gọn thì việc xây dựng một ngôi nhà không chất thải là điều có thể xảy ra.

Công nhân xây dựng là một trong những ngành nghề có tỷ lệ nguy hiểm cao nhất. Khi áp dụng in 3D trong xây dựng, các quy trình sẽ trở nên tự động hóa từ đó, mọi thiệt hại về người sẽ được giảm xuống đáng kể. Công nghệ in 3D cũng rất hữu ích khi công trình có vị trí địa lý đặc biệt bởi vì robot hay máy móc không quan tâm tới việc gia chủ muốn xây tường thẳng hay cong. Chẳng hạn như tại Ukraine, nơi rất nhiều kỹ thuật và các công nhân xây dựng, chuyên gia công nghiệp phải ra mặt trận chiến đấu, thì việc sử dụng công nghệ hoàn toàn bằng máy móc vô cùng tiện lợi.

Mới đây, một ngôi trường được xây dựng bằng công nghệ in 3D đã mọc lên ngay ở vùng chiến sự. Đây là trung tâm giáo dục in 3D đầu tiên ở châu Âu. Có vẻ ngoài đặc biệt, kết cấu giống như một cái kén hoặc tổ ong, Project Hive là một cơ sở giáo dục vừa được xây dựng ở Ukraine trông giống một nơi nghỉ dưỡng hay một bảo tàng nghệ thuật hiện đại hơn là một trường học. Cơ sở giáo dục này rộng 370 m2 được in chỉ trong 40 giờ bằng máy in cổng COBOD, tuân theo các bản thiết kế kỹ thuật số để đổ bê tông giống như đổ kem lên bánh ngọt thông qua robot và AI.

XÂY NHANH, BÁN CÀNG NHANH

Trong hai tháng qua, 82 ngôi nhà mới trên khắp California, Mỹ đã được mua hết và danh sách chờ đã lên tới 1.000. Tuy nhiên, nhu cầu đó sẽ sớm được đáp ứng vì, Palari Homes và Mighty Buildings có thể dựng một ngôi nhà trong vòng chưa đầy 24 giờ. Các sản phẩm của họ được lắp ráp từ các thành phần được chế tạo sẵn trong nhà máy.

Trước đó ở Texas, công ty khởi nghiệp xây dựng in 3D Icon đã hợp tác với gã khổng lồ xây dựng nhà Lennar đã tạo ra một khu dân cư gồm 100 ngôi nhà in 3D với tiến độ thần tốc. Ông Jason Ballard, đồng sáng lập kiêm CEO của Icon, mô tả dự án này là "khởi đầu cho lịch sử của việc phát triển các khu dân cư". Trả lời Đài CNN, ông Ballard cho rằng công nghệ của Icon cũng có thể được ứng dụng để giải quyết tình trạng vô gia cư cũng như cung cấp nơi trú ẩn sau các thảm họa thiên nhiên.

Những ngôi nhà này được xây dựng bằng cách sử dụng một máy in kiểu giàn khổng lồ, được gọi là Hệ thống xây dựng Vulcan, rộng 13 mét và cao gần 5 mét. Công ty cho hay hệ thống tường của họ đã được thử nghiệm chống lại gió bão tiêu chuẩn và có mức phát thải carbon thấp hơn. Sau khi các tường được "in" xong, các phần khác như cửa, cửa sổ và mái nhà được trang bị pin mặt trời sẽ tiếp tục được lắp đặt.

Các ngôi nhà có 4 phòng ngủ, 3 phòng tắm và gara, phòng giặt là và khu vực sinh hoạt khá rộng rãi với hệ thống an ninh riêng. Vật liệu bê tông dày, được Icon gọi là "lavacrete", không chỉ cách nhiệt tốt để giữ nhiệt độ trong nhà luôn mát trước cái nóng ở Texas mà còn "thực sự chắc chắn" trước mưa bão và tiếng ồn bên ngoài.

Mỗi ngôi nhà được bán với giá từ 425.000 USD đến 585.000 USD (10,8 - 14,9 tỷ đồng). Tuy nhiên, nhà sản xuất cho biết khả năng tiết kiệm điện và chi phí vận hành sẽ khiến những ngôi nhà này có chi phí sử dụng rẻ hơn.

Tại Việt Nam, năm 2022, nhóm sinh viên Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra ngôi nhà rộng 27 m2 với thời gian 30 giờ in. Ngôi nhà xây bằng máy in 3D tại TP. Thủ Đức do bốn sinh viên Lê Anh Kiệt, Đỗ Hoàng Khanh, Đỗ Phước Bảo Long, Nguyễn Đoàn Đăng Khoa (ngành cơ điện tử, Khoa chất lượng cao) thiết kế và xây dựng từ đầu tháng 3. Sau hai tháng, ngôi nhà hoàn thành với diện tích 27 m2, gồm: phòng khách, phòng ngủ, phòng vệ sinh. Nhà có chiều cao 3 m, tường 2 m.

Máy in 3D dùng cho thi công ngôi nhà do nhóm tự phát triển hai năm trước. Máy có ba bộ phân chính: hệ khung đỡ, đầu in và tủ điều khiển. Nhóm thiết kế ngôi nhà trên máy tính, sau đó thi công phần móng và đưa máy vào in tường theo lập trình. Vữa làm nhà được nhóm sử dụng các vật liệu như xây một ngôi nhà thông thường như cát (kích thước khoảng 2 mm), xi măng, nước. Ngoài ra vữa còn được thêm bột thạch cao, các phụ gia...

Các nguyên liệu này được nhóm tính toán, phối trộn cho tỷ lệ tốt nhất để khi đổ lên khuôn cấp cho đầu in ra vật liệu đảm bảo các yếu tố chịu lực cho kết cấu ngôi nhà, vữa sau in có độ chắc, không quá khô hay quá nhão. "Chi phí xây dựng ngôi nhà khoảng hơn 50 triệu đồng", sinh viên , Nguyễn Đoàn Đăng Khoa đại diện nhóm cho biết. Theo các sinh viên này, trong tương lai, chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng những ngôi nhà trong một vài ngày chỉ bằng một nút bấm.