Trong thập kỷ qua, khái niệm in 3D đã trở thành một thuật ngữ rất hot. Mặc dù ban đầu được phát triển cho mục đích tạo mẫu sản phẩm, công nghệ in 3D đã tiến xa đến mức nó trở thành một nhân tố chính trong nhiều ngành công nghiệp.

Mặc dù việc áp dụng công nghệ in 3D đã mang lại lợi ích cho nhiều lĩnh vực như y tế, hàng không vũ trụ hay chế tạo dụng cụ kể từ khi công nghệ này ra đời, song còn một lĩnh vực khác có tiềm năng phát triển mạnh mẽ: đó chính là ngành xây dựng.

Với khả năng hiện tại của máy in 3D, nó có thể được sử dụng để in các bức tường xây dựng và thậm chí xử lý xi măng và thay đổi hoàn toàn cách chúng ta vẫn biết về ngành xây dựng. 

Vậy công nghệ in 3D trong xây dựng liệu chỉ là một xu hướng mang tính thời điểm hay nó có sức mạnh bền vững như một giải pháp dài hạn quan trọng? Dưới đây, chúng ta sẽ cùng khám phá xem cách mà công nghệ in 3D đã và đang tạo ra những ảnh hưởng không thể phủ nhận lên toàn ngành công nghiệp Xây dựng và những dự báo tương lai về công nghệ này từ giới chuyên gia.

Có thể bạn quan tâm: 10 công nghệ 4.0 định hình tương lai ngành Xây dựng

1. Công nghệ in 3D trong xây dựng là gì? 

Công nghệ in 3D trong xây dựng là một phương pháp sử dụng máy in 3D để tạo ra các cấu trúc và bộ phận xây dựng bằng cách đặt lớp vật liệu lên nhau theo một mẫu thiết kế số hóa. Điều này khác với các phương pháp truyền thống trong xây dựng, trong đó các vật liệu thường được cắt, hàn, hoặc ghép nối lại để tạo ra các cấu trúc.

Công nghệ in 3D trong xây dựng thường sử dụng các loại vật liệu như bê tông, gạch, nhựa cứng, kim loại, và thậm chí có thể là các vật liệu phức tạp như sợi thủy tinh gia cường. Các máy in 3D lớn và đặc biệt được thiết kế để xây dựng các cấu trúc lớn và phức tạp mà trước đây thường yêu cầu công việc thủ công đòi hỏi thời gian và lao động. 

Công nghệ in 3D có thể đạt được mức độ chính xác cao trong việc tạo ra các bộ phận xây dựng phức tạp .

Tuy nhiên, công nghệ in 3D trong xây dựng cũng đối diện với một số thách thức như việc phải phát triển vật liệu phù hợp cho quy trình in 3D, cải thiện tốc độ in 3D để áp dụng trong các dự án thực tế lớn, và đảm bảo tuân thủ các quy định xây dựng và an toàn

2. Lịch sử hình thành của In 3D trong Xây dựng

Nguồn Gốc của in 3D được bắt nguồn từ giữa những năm 1980, khi ý tưởng về stereolithography (SLA) ra đời. SLA hoạt động như một tia laser công suất cao và biến một chất nhựa lỏng thành vật liệu rắn. SLA là một công nghệ phụ gia, tức là nó tạo ra sản phẩm bằng cách xây dựng từng lớp lên nhau. Hiện nay, SLA vẫn là một trong những công nghệ in 3D phổ biến, tuy nhiên in 3D nói chung được hiểu là bất kỳ công nghệ nào tạo ra bộ phận bằng cách thêm chất. Một số công nghệ thêm chất khác bao gồm Thiêu kết laser chọn lọc (SLS),mô hình lắng đọng nóng chat(FDM) và lắng đọng kim loại trực tiếp (DMD).

Ban đầu, in 3D được sử dụng để tạo ra các bộ phận nguyên mẫu nhanh chóng và chính xác. Khi quy trình phụ gia được cải thiện, các ứng dụng khả thi của nó đã bắt đầu mở rộng. Trước khi mô hình thông tin xây dựng (BIM) phổ biến, các công ty kiến trúc còn sử dụng in 3D để xây dựng mô hình tỷ lệ. Không lâu sau đó, công nghệ này đã được sử dụng cho các mục tiêu xây dựng tham vọng hơn.

Trong hơn một thập kỷ, in 3D đã được sử dụng trong nhiều dự án thú vị trong ngành xây dựng, kể đến như:

• Năm 2004, một giáo sư tại Đại học USC đã thử in 3D một bức tường, đây được coi là lần đầu tiên công nghệ này được áp dụng trong lĩnh vực xây dựng một cách rộng rãi.
• Năm 2014, một ngôi nhà kênh hoàn chỉnh được xây dựng bằng công nghệ in 3D đã hoàn thành tại Amsterdam.
• Năm 2016, một biệt thự in 3D đã hoàn thành tại Trung Quốc.
• Cũng vào năm 2016, Quỹ Tương lai Dubai đã xây dựng Văn phòng Tương lai bằng công nghệ in 3D, đây là một cột mốc quan trọng cho công nghệ trong ngành xây dựng thương mại. Tòa nhà với diện tích 2.700 feet vuông đã được xây dựng bằng máy in 3D lớn có kích thước 120 x 40 x 20 feet. Quá trình xây dựng chỉ mất 17 ngày.

Hiện nay, thị trường in 3D trong xây dựng đang phát triển nhanh chóng và dự kiến sẽ đạt 1,5 tỷ USD vào năm 2024.

3. Sự Phát Triển của In 3D trong Ngành Xây Dựng

Ngoài việc phát triển công nghệ in 3D, ngành xây dựng còn đang chuẩn bị cho sự tăng trưởng mạnh mẽ hơn so với các lĩnh vực khác. Một phần quan trọng trong sự phát triển này là in 3D bê tông.

3.1. In 3D Bê Tông

Trong năm 2021, thị trường in 3D bê tông dự kiến sẽ đạt giá trị khoảng 56.4 triệu USD. Tăng trưởng này chủ yếu được thúc đẩy bởi sự gia tăng của các dự án mới và những ý tưởng sáng tạo trong lĩnh vực xây dựng. Công nghệ in 3D bê tông không chỉ đơn thuần là một trào lưu cơ bản. Vào tháng 2 năm 2017, Vinci – một tập đoàn xây dựng hàng đầu của Pháp – đã mua cổ phần tại XtreeE, một công ty khởi nghiệp Pháp chuyên về việc in 3D các yếu tố cấu trúc bằng bê tông.

Vào năm 2019, BAM đã mở trung tâm in 3D bê tông đầu tiên tại châu Âu, tại Hà Lan. Nhà máy này đã được ủy thác để sản xuất nhiều cây cầu in 3D trải rộng khắp vùng. Bạn có thể xem video ở đây để thấy cách BAM và Saint-Gobain đang thay đổi tương lai của cơ sở hạ tầng thông qua việc sử dụng các giải pháp in 3D bê tông, đảm bảo tính bền vững, khả năng mở rộ và thân thiện với tài chính.

Mặc dù việc sử dụng bê tông in 3D mang theo tiềm năng lớn, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn phát triển khi nói đến việc ứng dụng vật liệu bê tông. Thực tế là, hầu hết các máy in 3D dùng để xử lý bê tông vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và điều chỉnh đến ngày nay và chưa được thiết kế cho mục đích sản xuất hàng loạt. Tuy nhiên, như chúng ta có thể thấy từ video ở trên, tiềm năng của công nghệ này có thể xây dựng mọi thứ từ móng đến tường, từ các khối xi măng riêng lẻ đến cả cây cầu, một cách nhanh chóng hơn, phù hợp về giá cả hơn và thân thiện với môi trường hơn, khi công nghệ này tiếp tục phát triển.

4. Lợi Ích của In 3D trong Xây Dựng

Tại sao in 3D lại thu hút sự chú ý lớn trong ngành xây dựng? Trong bối cảnh ngành công nghiệp xây dựng đang phải đối mặt với áp lực ngày càng cao để hoàn thành dự án theo kế hoạch và ngân sách hạn chế, các công ty đang tìm kiếm các cải tiến mới để để đáp ứng các yêu cầu trên mà vẫn duy trì tốt lợi nhuận. In 3D trong xây dựng mang lại tiềm năng đáng kể để tăng hiệu suất trong việc xây dựng, với một số ưu điểm sau đây.

Tốc độ nhanh chóng

In 3D đã chứng minh khả năng xây dựng một ngôi nhà hoặc tòa nhà chỉ trong vài ngày. Điều này nhanh hơn nhiều so với việc xây dựng truyền thống, thường mất thời gian hàng tháng hoặc hàng năm để hoàn thành một tòa nhà thương mại. Marco Vonk, Giám đốc Tiếp thị tại Saint-Gobain Weber Beamix, cho biết: “Bạn có thể tiết kiệm tới 60% thời gian trên công trường và 80% lao động với công nghệ in 3D.”

Giảm thiểu chất thải

Chất thải xây dựng toàn cầu hiện đang ở mức trên 1 tỷ tấn mỗi năm, và dự kiến con số này sẽ gấp đôi vào năm 2025 theo Construction Dive (Đơn vị cung cấp thông tin, sự kiện trong lĩnh vực xây dựng). Mặc dù in 3D không thể giải quyết tất cả vấn đề về chất thải, nhưng nó có thể giúp giảm thiểu đáng kể những lo ngại liên quan tới vấn đề này. Công nghệ này sử dụng ít vật liệu hơn để tạo cấu trúc, và khi kết hợp với các phương pháp xây dựng khác như nhà module và xây dựng tinh gọn, tiềm năng để tạo ra các tòa nhà không tạo ra chất thải là khá lớn.

Khả năng tự do thiết kế

Một điểm nổi bật của in 3D là khả năng tự do thiết kế. Với in 3D, kiến trúc sư có thể tạo ra các thiết kế phức tạp mà trước đây không thể thực hiện được hoặc đòi hỏi chi phí và công sức lớn để thực hiện bằng cách truyền thống. Điều này thúc đẩy sự sáng tạo trong không gian xây dựng thương mại, và theo Vonk:“In bê tông 3D cho phép bạn tạo ra bất kỳ hình dạng nào bạn muốn, uốn cong nó, tạo góc, thậm chí tạo ra các hình dạng hữu cơ, chính xác theo những gì bạn thiết kế trước đó.”

Giảm thiểu tác động lên con người

Theo OSHA – Cơ quan An toàn Nghề nghiệp và Sức khỏe Hoa kỳ, hàng ngày có hơn 5.000 công nhân thiệt mạng trong quá trình làm việc. Đối với công việc xây dựng, việc ứng dụng in 3D có thể giúp giảm nguy cơ thương tích và tử vong của công nhân, khi công việc xây dựng được tự động hóa và lập trình nhiều hơn.

5. Những Thách Thức của In 3D trong Xây Dựng

Mặc dù hứa hẹn mang đến nhiều lợi ích và tiềm năng trong lĩnh vực xây dựng, tuy nhiên, công nghệ in 3D cũng tồn tại một số yếu tố có thể gây trở ngại cho công nghệ này trở thành một xu hướng phổ biến. Dưới đây là một số thách thức mà doanh nghiệp phải đối mặt khi bàn tới công nghệ in 3D.

Chi Phí Cao

Vấn đề lớn nhất khi áp dụng công nghệ in 3D tại các công trường xây dựng là chi phí cao để mua hoặc thuê thiết bị cũng như chi phí vận chuyển máy in 3D lớn đến công trường. Chi phí đầu tư các máy in 3D là rất lớn, chưa kể chi phí mua vật liệu và bảo trì. Hiện nay, việc thuyết phục nhiều chuyên gia xây dựng về lợi ích của in 3D so với chi phí vẫn còn là một vấn đề.

Thiếu Lao Động

Ngành xây dựng đang trải qua sự phát triển nhanh chóng nhưng nguồn lao động chất lượng cao luôn ở trong tình trạng thiếu hụt, đặc biệt là nhóm lao động chuyên môn.

Kỹ Năng Chuyên Môn

Việc sử dụng in 3D đòi hỏi kỹ sư phải có những năng lực kỹ thuật đáp ứng tiêu chuẩn cần thiết, điều này khiến cho việc tuyển dụng người càng trở nên khó khăn hơn. Với sự khan hiếm về lao động trong ngành xây dựng, việc tìm người có thể sử dụng công nghệ in 3D có thể trở thành một thách thức trong tương lai.

Kiểm Soát Chất Lượng

Thời tiết đã từng làm chậm tiến độ xây dựng, và các vấn đề về môi trường có thể còn trở nên nghiêm trọng hơn khi sử dụng in 3D. Thời tiết không ổn định và các yếu tố môi trường có thể làm ảnh hưởng đến quá trình in 3D trong xây dựng thương mại. Hơn nữa, việc kiểm soát chất lượng trong quá trình xây dựng có thể rất phức tạp. Nếu không được giám sát một cách cẩn thận, chất lượng của sản phẩm in 3D có thể trở nên tốn kém hơn so với cần thiết.

Có thể bạn quan tâm: Vai trò của dự báo thời tiết trong thi công công trình xây dựng

Quy định không rõ ràng

Mặc dù đã có một số quy định về in 3D trong thời gian gần đây, tuy nhiên chúng vẫn chưa đủ mạnh để ảnh hưởng sâu rộng đến ngành xây dựng. Việc sử dụng máy in thay vì lao động con người có thể dẫn đến những lo ngại về pháp lý khi nói tới nhân quyền. Do sự chưa chắc chắn về quy định liên quan tới in 3D, không thể đảm bảo in 3D sẽ đóng góp lớn trong ngành xây dựng.

Dù vẫn còn những thách thức và hạn chế, triển vọng của in 3D trong lĩnh vực xây dựng vẫn là một khía cạnh đầy hy vọng. Sự kết hợp giữa sáng tạo và khả năng vượt qua khó khăn có thể giúp công nghệ in 3D trở thành một công cụ quan trọng, góp phần vào sự thay đổi và phát triển bền vững của ngành này.

6. Kết luận

Liệu in 3D có thể tồn tại và phát triển trong lĩnh vực xây dựng? Dựa trên những gì chúng ta đã thấy, triển vọng này có dấu hiệu khá tích cực, miễn là các công ty như BAM (tập đoàn xây dựng đa quốc gia) và Saint-Gobain (tập đoàn công nghiệp đa quốc gia) không ngừng sáng tạo và vượt qua những thách thức hiện tại.

Dù có thể ngành công nghiệp xây dựng sẽ tiếp tục đột phá mà không cần phụ thuộc vào công nghệ in 3D, nhưng có thể đảm bảo rằng công nghệ này sẽ còn hoàn thiện và tiến xa hơn nữa. Tóm lại, In 3D có triển vọng trở thành một giải pháp khả thi, mang lại lợi ích quan trọng như giảm chi phí và tạo môi trường thân thiện hơn cho tương lai xây dựng.

About Us

Tổng quan về FastCons – Phần mềm quản lý dự án thi công xây dựng chuyên sâu

FastCons sở hữu các tính năng giúp doanh nghiệp số hóa quy trình quản lý, kiểm soát tốt tiến độ thi công, hỗ trợ tổng thầu & đội ngũ nhân sự làm việc, tương tác hiệu quả hơn trong suốt quá trình triển khai dự án xây dựng.

– Quản lý kế hoạch thi công một dự án xây dựng bằng cấu trúc WBS và Gantt chart

– Quản lý khối lượng thi công hàng ngày và đối soát với BoQ đầu vào nhằm tính toán tiến độ thi công và chi phí công trình theo thời gian thực

– Dễ dàng lập và báo cáo nhật ký thi công hàng ngày trên app mobile từ công trường

– Quản lý tồn kho vật tư công trường, tự động xử lý số liệu, trừ tồn, cảnh báo sớm khi có nguy cơ vượt định mức vật tư

– Số hóa chấm công công nhân, kỹ sư công trường hoàn toàn trên mobile app. Tự động hóa bảng công, bảng lương, 100% thay thế excel, máy vân tay…