الطباعة ثلاثية الأبعاد والعمارة في دبي
تصاميمٌ من الخيال إلى الواقع

ما الذي يجمع بين الطباعة ثلاثية الأبعاد والعمارة؟

تتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد إمكانية إنشاء نماذج واقعية للتصميمات المتوقعة عن طريق تحويل النماذج الرقمية إلى نماذج مادية وملموسة من خلال رص طبقات متتالية من المواد. تستخدم هذه النماذج بشكل رئيسي لفهم وتقييم تعقيدات التصميم ونتائجه. حيث تساعد الطباعة ثلاثية الأبعاد العاملين في مجال البناء الحصول على مرجع واقعي للمبنى. كما تسهم هذه التقنية في تقديم فهم أفضل عن التصميمات المقترحة بالنسبة للعملاء والمستشارين المعماريين.

يستخدم الناس في عصرنا الرقمي هذا نماذج الطباعة المعمارية عبر منصات مختلفة، بما في ذلك الصناعة المعمارية. ولتوضيح الأمر أكثر، فإن المجسمات الموجودة في مختلف المراكز التجارية، والتي تظهر شكل المبنى الأصلي، تعبّر بالضبط عن ذلك.

نستعرض معكم ضمن هذا المقال، كيف يمكن أن تسهم هذه العملية في تغيير واقع العمارة بالنسبة للمستشارين المعماريين في دبي.

ما هي الطباعة ثلاثية الأبعاد في عالم العمارة؟

تعتمد عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع البناء على استخدام معدات معمارية مزودة بتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد كأسلوب أساسي لإعادة تطوير المباني أو مكونات البناء. والتي يمكن استخدامها كوسيلة للتصنيع، أو إنشاء العناصر، أو حتى تشكيل مبنى كامل.

أما عن المواد التي تستخدمها هذه الطابعات في البناء، فيمكن أن نشاهد الخرسانة، أو البوليمر، أو المعادن لتشكيل الهياكل طبقة بطبقة. [1][2]

ما هي آلية عمل الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع البناء؟

تعرّفتم في الفقرة السابقة عن الطابعات ثلاثية الأبعاد المُستخدمة في البناء، والتي أصبح لها تواجد واضح في هذا المجال من عمليات بناء وتشييد واستخدامات كثيرة. أما الآن، دعونا نفهم آلية عمل هذه الطابعات وما الإجراءات التي تتم خلال عملية التنفيذ.

يتكون أحد أبسط نماذج هذه الطابعات من جهاز له ذراع آلية تتحرك للأمام والخلف وتقذف الخرسانة طبقة تلو الأخرى للوصول نهايةً إلى هياكل معمارية متكاملة.

تشمل بعض النماذج الأخرى لهذه الطابعات تقنيات الربط بالمسحوق واللحام الإضافي.

تقنية الربط بالمسحوق:

تعتمد الطابعات الثلاثية الأبعاد في بعض أنواعها على مسحوق كيميائي يتواجد ضمن خزان لحفظه في شروط معينة، يتم سكبه فيما بعد طبقة تلو الأخرى لتحويل التصاميم الرقمية إلى منتجات مادية.

تقنية اللحام الإضافي:

يتم من خلال هذه التقنية طباعة الخامات المعدنية. ويمكنكم مشاهدة مثال حيّ عن هذا النوع في مدينة أمستردام الأمريكية، وهو أول جسر معدني تمت طباعته بالتقنية ثلاثية الأبعاد. [2]

أنواع الطابعات ثلاثية الأبعاد:

طابعات ستيريوليثغرافي 'الطباعة الحجرية المجسمة':

تستخدم هذه الطابعات الليزر لمعالجة الراتنج السائل وتحويله إلى بلاستيك مقوى. مما يتيح صناعة الأشياء بتفاصيل دقيقة وتشطيبات سطحية ممتازة.

طابعات التلبيد الانتقائي بالليزر:

تعتمد هذه الطابعات على الليزر أيضاً لدمج المواد المسحوقة، عادة النايلون، لتشكيل مكونات قوية لا تتطلب هياكل دعم إضافية.

طابعات النمذجة بالترسيب المنصهر:

تعمل هذه الطابعات من خلال بثق خيوط من اللدائن الحرارية لبناء أشياء متينة عن طريق تكوين طبقات من المواد، مما يوفر أريحية أكبر في اختيار المواد والتطبيقات العملية.

طابعات معالجة الضوء الرقمية:

تعتمد هذه الطابعات على إسقاط حزمة من الضوء الرقمي تعمل على تصليب الراتنج الضوئي بسرعة، مما يؤدي إلى أسطح أكثر نعومة، وعملية أكثر سرعة مقارنةً مع تقنية الطباعة الحجرية المجسمة.

طابعات الانصهار متعددة النفاثات:

توزّع هذه الطابعات طبقة رقيقة من المسحوق، ومن ثم تطبّق عوامل الصهر والحرارة بشكل انتقائي لإنشاء عناصر تتميز بتفاصيل مميزة ودقيقة بالنسبة للأبعاد الثلاث.

طابعات بوليجيت:

تتمتع هذه الطابعات بقدرة على بثق طبقات من البوليمر الضوئي السائل والقابل للمعالجة، مما يتيح تصنيع أجزاء بمواد وخصائص متنوعة، بما في ذلك الألوان والأنسجة المختلفة ضمن بنية واحدة.

طابعات تلبيد المعادن بالليزر المباشر:

تعتمد هذه الطابعات على الليزر القوي والقادر على دمج المسحوق المعدني، وذلك لتصنيع مكونات هندسية معقدة بخصائص ميكانيكية قوية، والتي تعد مناسبةً للتطبيقات المعدنية المعقدة.

طابعات ذوبان الشعاع الإلكتروني:

يستخدم هذا النوع شعاعاً إلكترونياً كمصدر لصهر مسحوق المعدن، مما ينتج أجزاء كثيفة وقوية، غالباً ما تُستخدم في قطاعات مثل هندسية الطيران والفضاء والهندسة الطبية.

فوائد الطباعة ثلاثية الأبعاد في قطاع البناء

البناء بكفاءة: تشهد الأبنية السكنية والتجارية تحولاً جذرياً بفضل الطباعة ثلاثية الأبعاد، مما يسرّع عملية البناء ويجعلها أكثر كفاءة من الطرق التقليدية.

تقليل تكاليف العمالة: أدت الأتمتة في الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى تقليل الحاجة للعمالة اليدوية، حيث تكون الطابعات ثلاثية الأبعاد المُستخدمة في البناء كافية للتعامل مع معظم العمليات المعقدة، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف العمالة.

تقليل هدر المواد الخام: تتيح الطباعة ثلاثية الأبعاد لصناعات البناء اعتماد قياسات دقيقة وبيانات محددة أي أن الطابعة تستخرج وتستخدم المواد بدقة ووفقاً للمتطلبات، مما يقلل من احتمالات الهدر.

زيادة الأمان: تقل الحاجة إلى العمالة اليدوية بشكل كبير في عصر الأتمتة الحالي، مما يعزز السلامة البشرية إلى أقصى حد. فبسبب قلة الأشخاص المشاركين في عملية البناء، يزداد عامل الأمان بشكل ملحوظ.

المباني السكنية والتجارية: يشهد مجال بناء المنازل والمساحات التجارية تحولاً ملحوظاً مع استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في مجال البناء. هذه الطريقة لا تسرع من عملية البناء فقط، بل تفتح الباب أمام عالم جديد كلياً فيما يتعلق بهذا القطاع. نرى ناطحات السحاب والمنازل المريحة تتشكل في وقت قياسي، بمستوى من الدقة والتجانس لا يمكن للطرق التقليدية أن تضاهيه. إنها تغير قواعد اللعبة، وتحول الأشهر إلى أسابيع، كما تحقق أحلام المعماريين بشكل أسرع من أي وقت مضى.

التطورات الفنية والثقافية: تعتبر الطباعة ثلاثية الأبعاد بمثابة عصر النهضة في عالم العمارة. إنها تمكّن المعماريين من تجاوز الحدود، وتصميم مبانٍ تدمج بين الجمال والوظائف العمليّة. من المراكز الثقافية الفريدة إلى المنشآت العامة المذهلة، تنسج الطابعات ثلاثية الأبعاد خيوط الحياة في التصاميم الخيالية التي كانت تسكن الأوراق فقط.

بنية تحتية مُبتكرة: يتّصف تأثير الطباعة ثلاثية الأبعاد على البنية التحتية بعمقه. فالجسور، والأنفاق، والأشغال العامة الأخرى لا يتم بناؤها بشكل أسرع فحسب، بل يتم تصميمها بطريقة غير مسبوقة. تدمج هذه التكنولوجيا بين الفائدة بالأناقة، وتخلق هياكل تصمد أمام اختبار الزمن بينما تحسن من الصورة العامة للمكان الذي تتواجد فيه.

مساكن مستدامة: في السعي للوصول إلى المباني الخضراء، تُمسك الطباعة ثلاثية الأبعاد بدفة القيادة لتدعم استخدام المواد الصديقة للبيئة، من مركبات الأرز إلى البوليمرات المعاد تدويرها. تفتح هذه المقاربة الطريق أمام المنازل والمكاتب الصديقة للبيئة، والتي تمثل نماذج للابتكار المستدام.

دراسات حالة: أمثلة بارزة عن الهياكل التي تم تنفيذها بالاعتماد على الطباعة ثلاثية الأبعاد

منزل تيكلا:

يُعد أحد أول المنازل الصديقة للبيئة والمطبوعة بتقنية ثلاثية الأبعاد في إيطاليا، وتم إنشاؤه باستخدام تقنية تدعى كرين ووسب1.

منزل زيرو:

يمثل نموذجاً أولياً للمنازل الذكية والمستدامة في إيطاليا، وصممه ماريو كوتشينيلا بالاعتماد على الطباعة الثلاثية الأبعاد.

منزل بطابقين في الولايات المتحدة

يُعتبر أول منزل ذو طابقين تم إنشاؤه بواسطة طابعة ثلاثية الأبعاد في الولايات المتحدة 1.

مشروع ميلستون:

يعد هذا المنزل المصمم بالاعتماد على الطباعة ثلاثية الأبعاد جزءاً من خطة لإنشاء منازل مشابهة له لتُستخدم كممتلكات للإيجار.

جسر خرساني:

تم بناء أول جسر خرساني مطبوع بشكل ثلاثي الأبعاد في العالم ضمن هولندا. ويبلغ العمر التصميمي للجسر 50 عاماً، كما يشير الفريق إلى أنه وفر 40% من مواد البناء، مما قلل من البصمة الكربونية للجسر بشكل كبير. 3

المساكن ثلاثية الأبعاد:

تم بناء نموذج أولي لهذه المنازل وعرض في ميلانو خلال عام 2018، حيث تم إنشاؤه لإظهار إمكانية إيجاد حلول سكن جديدة مستدامة وبأسعار معقولة 11.

آفاق مستقبلية في الطباعة المعمارية ثلاثية الأبعاد: ملاحظات ختامية

يمكن اعتبار حجم التأثير المحتمل على تصميم المباني والاستشارات المعمارية كبير للغاية عند النظر في الاتجاهات المستقبلية. حيث نتوقع إعادة لتعريف منهجيات البناء، مع التركيز على الاستدامة والإبداع.

يمثل ظهور طباعة الهياكل ثلاثية الأبعاد تحولاً حاسماً في مجالات الهندسة المعمارية والبناء. حيث تُعدّ هذه التكنولوجيا المبتكرة، والتي تجمع بين دقة طباعة الأبعاد وقابليتها للتكيف مع عاملي القوة والمتانة، ثورة فيما يتعلق بالطريقة التي نتصور ونصمم ونبني الهياكل بها.

الخلاصة:

تبشّرنا المعطيات الموجودة بمستقبل واعد بالنسبة للطباعة الثلاثية الأبعاد وخاصة في مجال البناء. مع استمرار التطور في علم المواد وتقدم قدرات الطباعة في المواقع، وتعزيزها بالآليات والتكامل مع نماذج المعلومات الإنشائية، فإن تطبيقات هذه التكنولوجيا لا تنوي التراجع أبداً. فهي لن تحسن من كفاءة واستدامة ممارسات البناء فقط، بل ستكشف عن مسارات جديدة للابتكار والإبداع في المجال المعماري.

فطباعة الهياكل الثلاثية الأبعاد ليست مجرد تطور تقني، بل تمثل نهضة في قطاع البناء، وتعلن عن عصر جديد. حيث تُشكل الهياكل بدقة فائقة وكفاءة عالية، وبلمسة فنية رفيعة المستوى. ومع استمرار تقدم هذه التكنولوجيا، فإن تأثيرها سيكون جوهرياً ومحورياً على تشكيل المباني في المستقبل.