بخشی از مقاله
چکیده
Contour crafting یک تکنولوژی پیشرفته ی جدید در صنعت ساخت و ساز است که با تکیه بر رباتیک و سیستم پرینت سه بعدی، بوسیله بارگذاری لایه به لایه ی متریال هایی نظیر بتن، به ساخت سازه های فرم آزاد می پردازد. تکنولوژی - CC - Contour crafting، در واقع رویکردی برای افزایش مقیاس ساخت اتومات، از تولید اتومات در بخش های صنعتی کوچک به ساخت ساختمان های مسکونی را فراهم می کند.
این متد باعث بهبود بهره وری ساخت، بویژه برای ساخت و سازهای پیچیده می شود. هرچند در زمینه ی این تکنولوژی نوظهور اطلاعات زیادی در دسترس نیست، مروری حاضر با نگاهی جامع بر متون موجود، پس از توصیف نحوه ی عملکرد این ماشین در مراحل مختلف ساخت یک ساختمان کامل، به مزایای ساخت و ساز اتوماتیک با استفاده از تکنیک مذکور در مقایسه با ساخت و سازهای سنتی و پتانسیل آن برای کاربرد در صنعت ساخت و ساز خواهد پرداخت.
-1 مقدمه
مازلو که یک روان شناس برجسته ی آمریکایی است، هرم نیازهای بشر را بر اساس ضروریات انسان معرفی کرده است، پایه این هرم نیازهای فیزیولوژیک انسان یعنی خورد و خوراک و نیاز به سرپناه است .[1] اما در ابتدای قرن 21، هنوز اوضاع سرپناه، برای بیش از یک میلیون انسان، تأسف بار بوده و مسئله ی تأمین مسکن در بسیاری از جوامع همچنان یک معزل اساسی است. دولت ها همیشه به دنبال راه حلی برای تغییر این شرایط بوده اند. مشکل پیش رو در ساختمان سازی های سنتی، متدهای ساخت و سازی است که به کار می رود. این روش های ساخت و ساز، عموماً همراه با کار فشرده، کند و درنهایت برای نیل به هدف ناکافی هستند.
وجود شیوه های مختلف ساخت و ساز، مشکلات مدیریتی در ساخت، اتلاف و هدررفت بالا - در زمینه های انرژی و متریال - و پرهزینه بودن پروسه های کنونی، افزایش آسیب های زیست محیطی بدلیل فعالیت زیاد ماشین آلات مختلف دخیل در ساخت و ساز از دیگر مشکلات ساخت و سازهای امروزی هستند .[2] مدت هاست که پرینترهای سه بعدی در بخش تولید انبوه - manufacturing - به عنوان راهکاری برای تسریع و اتومات کردن تولید، کاهش هزینه های نیروی کار و کاهش مواد زائد استفاده می شود.
امکان سنجی و ایده پردازی پرینت سه بعدی برای اولین بار در دهه ی 50 میلادی، به ذهن دانشمندان راه یافت. طرح اولیه ی پرینترهای سه بعدی در دهه ی 80 با نام Rapid prototyping ارائه و اولین نمونه ی آن ساخته شد. عملکرد پرینترهای سه بعدی بر COD-COM استوار است، که در واقع مخفف Computered Designing-Computered Manufacturing می باشد. بعبارتی، محصولاتی داریم که به وسیله ی کامپیوتر طراحی شده و بدون دخالت انسان به ماشین تولید فرستاده می شود. در چاپگرهای سه بعدی خانگی برای تولید محصولات از ذوب پلاستیک بهره می برند. چاپگرهای سه بعدی صنعتی، با قابلیت پرینت با استفاده از فلزات، رزین های مایع - روش - SLA، خمیر سرامیک و حتی مواد خوراکی ساخته شده اند.
تفاوت اصلی چاپگرها در صافی سطح، دقت ابعادی و همچنین تنوع متریال های قابل استفاده در خروجی می باشند. امروزه مدل سازی سه بعدی در زمینه های گوناگونی همچون قطعه سازی، طراحی صنعتی، رباتیک، صنایع هوافضا و معماری رایج است. این مدل سازی ها پیش از این به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می شدند تا افراد با دیدن آنها درکی از آنچه طراحان در ذهن خود دارند به دست آورند. با استفاده از پرینتر سه بعدی می توانیم پروسه ی زمان بر شبیه سازی و ساخت ماکت قطعات و همچنین بررسی مدل مورد نظر خود را تسریع بخشیم.
مزایای غیرقابل انکار 3D printing در صنایع تولیدی، پژوهشگران را بر آن داشت که با scale up کردن این تکنولوژی، از آن در صنعت ساخت و ساز بهره ی بیشتری ببرند و درواقع به جای مدل سازی، از این تکنولوژی جهت ساخت خانه هایی با ابعاد واقعی استفاده کنند. Contour crafting، Concrete printing و D-shape سه متد توسعه یافته ی mega-scale به منظور پرینت سه بعدی ساختمان هستند که مبنای عملکرد هر سه، ساخت اتومات افزایشی1 به صورت لایه به لایه می باشد .[3] تکنولوژی Contour crafting که توسط پروفسور بهرخ خوشنویس - مدیر موسسه 2CRAFT آمریکا - طراحی شده و به ثبت رسید، موضوع بحث مقاله ی پیش رو می باشد.
سیستم Contour crafting یک پرینتر سه بعدی سبک وزن متحرک می باشد که می تواند از متریال های مختلف نظیر بتن، سرامیک، فلز و .... استفاده کرده و با بارگذاری آن ها به صورت لایه به لایه فرآیند ساختمان سازی را به طور کاملاً اتومات و بدون دخالت دست انسان انجام دهد. این ماشین هم اکنون قادر به پرینت انواع دیوارهای بتنی، تیغه ای و عایق می باشد و بنا بر نظر مخترع این تکنیک، انتظار می رود که کاربرد آن تا سال 2025 گسترش چشمگیری یابد . برخی از مزایای CC در مقایسه با دو تکنیک دیگر پرینت سه بعدی ساختمان عبارتست از سرعت بالاتر ساخت، امکان کاربرد in situ و ایجاد سطوحی صاف تر و با کیفیت بیشتر. ویژگی کلیدی سیستم CC داشتن دو ماله است که در اثر عملکرد آنها جسم در حال ساخت سطحی صاف و مسطح خواهد داشت. در ادامه نحوه عملکرد ماشین مذکور در ساخت یک ساختمان کامل شرح داده خواهد شد .[2]
-2 نحوه ی عملکرد ماشین Contour crafting
پس از صاف کردن فضای مورد نیاز، یک قاب برای فونداسیون حفر شده که با بتن پر می شود. ماشین contour Crafting با کمک یک سری ماشین آلات بر روی ریل های ویژه ای، در کنار فونداسیون، قرار گرفته و حرکت می کند - تصویر . - 1 برای دسترسی به هر نقطه ای در فضای سه بعدی ماشین باید قادر به حرکت در هر سه محور X، Y و Z باشد. ریل ها محور اول یعنی X را ایجاد می کنند. محور Y، با ارتفاع بازوی ماشین ایجاد می شود. زمانی که بازو کاملاً باز باشد، 6 متر ارتفاع خواهد داشت که برای ساخت یک ساختمان دو طبقه کافی است. محور سوم یا Z با کمک میله ی افقی ایجاد می شود که دو بازو را به هم متصل می کند .[4]
