3D Printing

Η τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) αποτελεί επαναστατική τεχνολογία που αναμένεται να επιφέρει ριζοσπαστικές αλλαγές στις παραγωγικές βιομηχανίες. Από πλαστικά αντικείμενα, μεταλλικά μέρη αεροσκαφών, έως τρόφιμα και ανθρώπινα όργανα, η τρισδιάστατη εκτύπωση γνωρίζει αλματώδη ανάπτυξη τις τελευταίες δεκαετίες με συνεχώς επεκτεινόμενο πεδίο εφαρμογής. Στην βιομηχανία κατασκευής κτηρίων, η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να επιφέρει πρωτόγνωρες αλλαγές, καθώς συνδυάζει εξαιρετικά οφέλη. Ο υψηλός βαθμός ψηφιοποίησης και αυτοματοποίησης επιτρέπει:

  • Ευελιξία σχεδιασμού – Η κατασκευή πολύπλοκων δομών υψηλής καμπυλότητας γίνεται εφικτή.
  • Ταχύτητα κατασκευής – Ο χρόνος κατασκευής μειώνεται τουλάχιστον στο ήμισυ, γεγονός που επιβεβαιώνεται από πιλοτικές και εμπορικές εφαρμογές.
  • Μειωμένα απόβλητα – Σχεδόν εξαλείφεται η απόρριψη υλικών λόγω κακού σχεδιασμού ή αστοχίας, επιτρέποντας έτσι την βελτίωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος της κατασκευής.
  • Βελτιωμένα εργατικά κόστη – Η ταχύτητα κατασκευής με 3D printing θα επιτρέπει την απασχόληση του προσωπικού σε μεγαλύτερο αριθμό έργων.

Η παρούσα τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης χρησιμοποιείται σε εφαρμογές ανέγερσης κτηρίων κυρίως σε εργαστηριακό επίπεδο ή σε κτήρια μικρών διαστάσεων υπό προστατευμένες συνθήκες, χρησιμοποιώντας σταθερές (gantry type) ή αρθρωτές (articulated systems) βάσεις, οι οποίες αντιμετωπίζουν τις εξής προκλήσεις:

  • Οι σταθερές βάσεις στις οποίες στηρίζονται (gantry type) απαιτούν χρονοβόρο εγκατάσταση, ενώ αποτελούνται από μεγάλα και ογκώδη κομμάτια τα οποία είναι δύσκολο να μεταφερθούν και να αποθηκευτούν. Στη περίπτωση όπου γίνεται χρήση φορητών συστημάτων, τίθεται σημαντικός περιορισμός ως προς τη σταθερότητα της μονάδας εκτύπωσης.

  • Η ύπαρξη σταθερών βάσεων τύπου gantry οδηγεί στην χρήση μηχανών τύπου γερανογέφυρας οι οποίες μπορεί να επιφέρουν περιορισμό στο ύψος κατασκευής ή πολύ μεγάλο κόστος που προκύπτει από τη χρήση επενεργητών όπως τηλεσκοπικούς υδραυλικούς κυλίνδρους και δευτερευόντων συστημάτων.

  • Τα αρθρωτά συστήματα λειτουργούν ως πρόβολοι, γεγονός που σημαίνει ότι το κόστος τους αυξάνεται με την απαίτηση για στήριξη. Το κόστος μπορεί να αντισταθμιστεί μειώνοντας το όριο έκτασης, το οποίο επιφέρει επιπλοκές ή και ελάττωση στην δυνατότητα εκτύπωσης.

Γίνεται επομένως σαφές πως η υπάρχουσα τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης βρίσκεται ακόμα σε «εμβρυακό» στάδιο με μεγάλο περιθώριο βελτίωσης, ειδικά όσον αφορά την ικανότητα εκτύπωσης, τη σταθερότητα και την φορητότητα. Ο πρωταρχικός στόχος λοιπόν του εν λόγω έργου είναι να γίνει η ανάπτυξη ενός καινοτόμου συστήματος τρισδιάστατης εκτύπωσης με τους εξής βασικούς γνώμονες:

  • Δυνατότητα υλοποίησης του κτισίματος κτηρίων μεγάλου εύρους διαστάσεων (μεγάλοι χώροι εργασίας) και ποικιλομορφίας – όπως αυτή εκφράζεται από τις σύγχρονες τάσεις της αρχιτεκτονικής.

  • Περιορισμός του κόστους μέσω του καινοτόμου σχεδιασμού και την αποφυγή εξαρτήσεων σε δευτερεύοντα συστήματα. Σε υπάρχοντες εκτυπωτές, το ενεργό άκρο που εναποθέτει το κονίαμα είναι συνδεδεμένο με το κυρίως σώμα της διάταξης, γεγονός που επιφέρει αύξηση του κόστους αναλογικά με το μέγεθος της κατασκευής. Προτείνεται ο διαχωρισμός σε δύο θεμελιώδη μέρη (σύστημα στήριξης και κεφαλή εκτύπωσης) που θα εγκαθίστανται εύκολα και θα λειτουργούν εναρμονισμένα για μεγάλο εύρος διαστάσεων κατασκευής.

  • Βελτιστοποίηση του κόστους, του χρόνου και της ακρίβειας εκτύπωσης του κτηρίου. Το κόστος του κτισίματος μπορεί να επηρεασθεί μέσω δύο βασικών παραγόντων: τον χρόνο κατασκευής και τις ανάγκες σε ανθρώπινο δυναμικό. Οι υπάρχουσες τεχνολογίες μεγάλης κλίμακας απαιτούν είτε την ανάγκη υψηλής κατάρτισης χειριστή, είτε τον κατά συνθήκη προγραμματισμό του αυτοματοποιημένου συστήματος. Προτείνεται η αξιοποίηση των τεχνολογιών του Computer Aided Design (CAD) και Computer Aided Manufacturing (CAM), με βάση τον τρόπο λειτουργίας των σύγχρονων εργαλειομηχανών (CNC). Το σχέδιο του κτηρίου θα πραγματοποιείται με την χρήση εμπορικών λογισμικών τρισδιάστατης σχεδίασης (CAD) και παράλληλα το σύστημα θα ξεκινάει αυτόματα την κατασκευή του κτηρίου μέσω του CAM. Η αυτοματοποίηση αυτή θα οδηγήσει σε ραγδαία αύξηση της ταχύτητας και της ακρίβειας κατασκευής, λόγω περιορισμού του ανθρώπινου παράγοντα.

  • Εύκολη συντήρηση, αποθήκευση, μεταφορά, τοποθέτηση της διάταξης. Οι συνήθεις διατάξεις είναι κυρίως μεγάλου μεγέθους, με σημαντικές απαιτήσεις για εγκατάσταση και μεταφορά. Οι μηχανές τύπου gantry απαιτούν πολλές εργασίες τοποθέτησης που περιλαμβάνουν την τοποθέτηση και κυρίως την ευθυγράμμιση ογκωδών τροχιών πάνω στις οποίες κινείται το σώμα της μηχανής. Προτείνεται η χρήση αναδιπλούμενων μέσων στήριξης της μηχανής ώστε να μπορούν να επιτευχθούν μικροί όγκοι στην συρρικνωμένη κατάσταση καθώς επίσης και η απουσία κινητών μερών.

  • Δυνατότητα χρήσης της διάταξης σε μεγάλη ποικιλία μετεωρολογικών και τοπογραφικών συνθηκών. Οι στόχοι αυτοί υποδεικνύονται από την ίδια την ελληνική πραγματικότητα των νησιών και των ορεινών περιοχών, όπου τόσο η προσέγγιση όσο και η τοποθέτηση τέτοιων συστημάτων μπορεί να αποδειχθεί δύσκολη έως και αδύνατη. Επίσης, η δυνατότητα χρήσης του συστήματος σε ποικίλες καιρικές συνθήκες θα εξετασθεί ώστε να προσδιορισθεί η καταλληλότητα χρήσης σε βροχή, ανέμους κλπ. Η προσαρμοστικότητα του συστήματος σε καιρικές συνθήκες είναι μείζονος σημασίας υπό την έννοια ότι το σύστημα πρέπει να διατηρεί την δυσκαμψία και την κινηματική του ακρίβεια ανεξαρτήτως συνθηκών εξασφαλίζοντας έτσι υψηλή ακρίβεια κατασκευής.

  • Επίτευξη υψηλής αντοχής και ικανοποίηση των προδιαγραφών αντισεισμικής ασφάλειας, ιδιαίτερα για τον Ελληνικό χώρο. Τα εκτυπωμένα δοκίμια θα υποβληθούν σε αξιολόγηση της στατικής αντοχής όσο και της δυναμικής τους συμπεριφοράς έναντι σεισμικών δονήσεων γνωστών χαρακτηριστικών. Το νέο δομικό υλικό θα σχεδιασθεί με σκοπό να έχει σταθερή δομική συμπεριφορά αντίστοιχη ή καλύτερη των συμβατικών σκυροδεμάτων.

Αναμενόμενα Αποτελέσματα

Το έργο με την ολοκλήρωσή του αναμένεται να προσφέρει έναν καινοτόμο τρισδιάστατο εκτυπωτή για το κτίσιμο κτηρίων με χρήση ειδικής τσιμεντοκονίας ή και ειδικών τύπων σκυροδέματος. Διευκρινίζεται ότι στα αποτελέσματα περιλαμβάνονται:

  • Σχεδιασμός & ανάπτυξη 3D εκτυπωτή με χρήση τσιμεντοειδούς υλικού

  • Σχεδιασμός & εφαρμογή ειδικής τσιμεντοκονίας ή και ειδικών τύπων σκυροδέματος για 3D εκτυπώσεις