In 3D và công cuộc cách mạng hóa ngành công nghiệp kiến trúc

Sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật in 3D hứa hẹn cách mạng hóa tốc độ và tính bền vững của các công trình kiến trúc hiện đại.

Các kỹ thuật in 3D tiên tiến đang cách mạng hóa ngành công nghiệp xây dựng qua việc chuyển đổi hình thức thiết kế và thi công các công trình. Phương pháp chế tạo vật liệu mới mẻ này kết hợp cùng khái niệm xây dựng lắp ghép “Prefabricated” , hứa hẹn mang đến những lợi ích đáng kể về hiệu quả thời gian, khả năng tùy biến và tính bền vững. Kể từ khi được áp dụng trong lĩnh vực kiến trúc, hành trình phát triển của in 3D đi từ các dự án thử nghiệm thành các công trình quy mô lớn, thể hiện tiềm năng trong việc giải quyết tình trạng thiếu hụt nhà ở và giảm thiểu tác động đến môi trường. Theo nhận định của nhiều chuyên gia, trong bối cảnh công nghệ ngày càng tiến bộ, công nghệ này sẽ tiếp tục thúc đẩy ranh giới của sự sáng tạo và xác định lại các giới hạn của kiến ​​trúc.

in 3D printed Prefabricated

Ảnh:  PERI

Nguồn gốc của in 3D 

Khái niệm in 3D xuất hiện lần đầu tiên từ những năm 1980 với phát minh của Charles Hull về quang trùng hợp, sử dụng tia laser để làm đông đặc các lớp nhựa. Từ công dụng tạo mẫu ban đầu, công nghệ này tiếp tục được phát triển để đáp ứng kỳ vọng sản xuất ra các loại vật liệu và yếu tố cấu trúc phức tạp, tinh xảo – điều mà trước đây tưởng chừng như không thể hoặc phải mất rất lâu mới thực hiện được. 

Charles Hull, người được mệnh danh là cha đẻ của công nghệ in 3D. Ảnh: 3D System

Năm 2013 đánh dấu bước tiến của kỹ thuật in 3D vào lĩnh vực kiến trúc với sự ra đời của Villa Asserbo – ngôi nhà mô đun đầu tiên tại Đan Mạch, như một sự thử nghiệm, từ đó không ngừng mở rộng ranh giới giữa thiết kế và xây dựng. Bên cạnh đó, phải kể đến các dự án đáng chú ý khác, chẳng hạn như công trình Flotsam & Jetsam của SHoP Architects cho Design Miami hay nỗ lực khôi phục Nhà nguyện Annie Pfeiffer nổi tiếng của Frank Lloyd Wright bằng cách tái tạo các chi tiết bị xuống cấp sử dụng công nghệ in 3D do Mesick Cohen Wilson Baker Architects thực hiện.

in 3D printed Prefabricated Villa Asserbo

Villa Asserbo. Ảnh: Fast Company

printed Prefabricated Charles Hull Frank Lloyd Wright nha nguyen Annie Pfeiffer

Một đoạn gạch của công trình Nhà nguyện Annie Pfeiffer được tái tạo bằng công nghệ in 3D Ảnh: Frank Lloyd Wright Archive

In 3D và kiến trúc đương đại 

Những cải tiến trong công nghệ in 3D dạo gần đây đã thúc đẩy đáng kể sự quan tâm dành cho tính bền vững của các công trình kiến trúc. Ví dụ, sự ra đời của máy in 3D tinh vi quy mô lớn và hệ thống robot tự động, giúp cải thiện độ chính xác, tốc độ và mở rộng khả năng tạo ra các kết cấu phức tạp. Các công ty tiên phong như ICON – có trụ sở tại Texas đã thử nghiệm và sử dụng các vật liệu in tiên tiến như Lavacrete, giúp tạo ra các tòa nhà bền bỉ, kiên cố một cách nhanh chóng. Việc áp dụng rộng rãi những cải tiến này có thể rút ngắn thời gian xây dựng, dẫn đến việc giảm thiểu chi phí lao động, định hình lại cách chúng ta triển khai các dự án hỗ trợ nhà ở giá rẻ khẩn cấp, cung cấp giải pháp thiết thực cho tình trạng thiếu hụt cơ sở hạ tầng và khủng hoảng xã hội tại các quốc gia chậm phát triển. 

printed Prefabricated

Ảnh: Regan Morton Photography

Kể từ khi nhiều công ty bắt đầu sử dụng vật liệu tái chế và khởi chạy phần mềm đề xuất các phương án giảm thiểu chất thải xây dựng, tính bền vững dần trở thành trọng tâm của phong trào in 3D. Trong đó, Gramazio Kohler Research là đại diện tiêu biểu với vô số dự án được tối ưu hóa về kết cấu, giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ tài nguyên và điện năng. Công trình của họ nhấn mạnh vào hướng tiếp cận mới đối với kiến ​​trúc bền vững, sử dụng các thuật toán để liên tục thống kê và đề xuất phương án giảm thiểu vật liệu xây dựng trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc. 

in 3D printed Prefabricated

Công trình Clay Rotuna của Gramazio Kohler Research. Ảnh: Gramazio Kohler Research, ETH Zurich

printed Prefabricated

Ảnh: Gramazio Kohler Research, ETH Zurich

Tuy mang đến nhiều lợi ích, vẫn còn những thách thức cần phải được giải quyết trước khi công nghệ in 3D có thể được áp dụng rộng rãi. Khả năng mở rộng là vấn đề đáng chú ý nhất, mặc dù các dự án quy mô nhỏ tương đối khả thi, nhưng muốn phát triển công nghệ này cho các tòa nhà, công trình lớn và phức tạp hơn đòi hỏi sự đầu tư mạnh mẽ và kịp thời về chi phí cho thiết bị chuyên dụng, máy in và vật liệu. Điều này đặt ra thách thức vô cùng lớn cho những khu vực kém phát triển – nơi cần giải quyết vấn đề nhà ở với mức giá nhất trong thời gian ngắn nhất. Ngoài ra, vẫn còn tồn đọng nhiều ràng buộc về quy trình xây dựng và lao động vì chưa thể thích ứng kịp với bản chất độc đáo của in 3D, khiến việc áp dụng rộng rãi phương pháp này trở thành mục tiêu phức tạp, đòi hỏi sự thảo luận nhiều hơn nữa về mặt công nghệ và quy định.

in 3D printed Prefabricated

Ảnh: Tư liệu

Triển vọng của in 3D 

Theo nhận xét của nhiều chuyên gia, với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực khoa học – kỹ thuật, chúng ta hoàn toàn có thể trông đợi các vật liệu tinh vi và bền vững hơn, chẳng hạn như mặt hyperboloid sở hữu khả năng bảo vệ bức xạ do studio thiết kế SEArch+ và công ty robot ApisCor hợp tác triển khai cho dự án Mars Habitat in 3D của NASA hay mở rộng giới hạn của vật liệu dệt thông qua Robotic Needle Felting do kiến ​​trúc sư Tsz Yan Ng sáng tạo ra. 

printed Prefabricated

Ảnh: Tsz Yan Ng

in 3D printed Prefabricated

Ảnh: SEArch+

Tóm lại, in 3D đã nổi lên như một phương pháp chuyển đổi sản xuất hiện đại, mở ra những đỉnh cao mới về tính sáng tạo, hiệu quả và bền vững trong nhiều ngành công nghiệp. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, tiềm năng cách mạng hóa các quy trình thiết kế và sản xuất của kỹ thuật in 3D sẽ không ngừng tăng lên, mở đường cho một tương lai mà sự đổi mới không hề có giới hạn.

printed Prefabricated

Ảnh: Axel Crettenand

Thực hiện: Thùy Như


Xem thêm: 

Công nghệ in 3D và công trình xây trong một ngày

Tường cát in 3D: Khám phá tiềm năng của vật liệu và công nghệ

Vật liệu in 3D có thể thay thế bê tông không?