بررسی تاثیر پرینترهای سه بعدی در معماری مدرن

 

مقدمه:

بشر روز به روز به دنبال پیدا کردن راه‌های ساده تر برای ادامه زندگی و بهتر کردن کیفیت زندگی می باشد و همواره سعی می‌کند وسیله‌هایی اختراع کند که بتوان مسیر پیشرفت را هموارتر و سریع‌تر طی کرد. این امر در معماری امروز هم وجود دارد و ما باید هر روز منتظر اتفاقات جدید در عرصه معماری باشیم. یکی از مهمترین اتفاقاتی که در عصر امروز افتاد اختراع پرینترهای سه بعدی بود که تحول عظیمی در تمام عرصه‌ها به وجود آورد. از بزرگترین مزیت‌های این دستگاه همه جانبه بودن آن در تمام موارد است از غذا و دسر گرفته تا کفش و لباس و البته در همه ابعاد ، یعنی بدون محدودیت و در هر سایز می‌توان تولید کرد. این دستگاه در معماری هم تاثیر به سزایی داشته از ماکت سازی گرفته تا ساخت مصالح و حتی ساخت یک ساختمان در ابعاد حقیقی که از بزرگترین اهداف عنوان شده در این حوزه می باشد .
برای شناخت بهتر این دستگاه‌ها ابتدا باید در مورد نحوه کارکرد آن تحقیق کنیم، در این مورد که چه ابعادی را در بر می‌گیرد و هر مدل از دستگاه ها توسط چه سیستمی کار می‌کند. سپس به معرفی نمونه‌های مصالح ساختمانی که در این سال‌ها ساخته شده می‌پردازیم و اینکه تا چه مقدار میتواند تحمل وزن داشته باشد. به نظر می‌رسد که ما نیز برای پیشرفت در معماری امروز جهان باید با علم روز پیش رفته و در پروژه‌های خود از آن استفاده کنیم. به نظر می‌رسد از این دستگاه‌ها برای ساخت کمپ‌های موقت برای افراد آسیب دیده می‌توان استفاده کرد. هدف از این مقاله رسیدن به نتیجه مطلوب در مورد استفاده از پرینترها در معماری است و اینکه آیا اصال می تواند کاربرد حقیقی داشته باشد در عین حال پتانسیل بدل شدن به عنصرمعماری را دارد .

پرینترهای سه بعدی انقلابی در تکنولوژی :

1-1– تاریخچه پرینترها :
1- اختراع چاپ خشک (زیراکس) توسط «چستر کارلسون »در سال 1938
2- ساخت چاپگر لیزری اصلی به نام EARS که مهندس « گری استارك ودر » با اقتباس از تکنولوژی دستگاه کپی زیراکس و اضافه کردن پرتو لیزر به آن اولین چاپگر لیزری را در سال 1977اختراع کرد.
3- اختراع چاپگر جوهر افشان در سال1976 و انتشار آن به عنوان یک وسیله خانگی در سال 1988
4- ساخت اولین ماشین استریولیتوگرافی (حکاکی روی سنگ) تجاری در سال1986
5- ساخت اولین پرینتر سه بعدی در سال 1986 توسط چارلز هال
6-شروع به ساخت چاپگر سه بعدی به صورت گسترده در سال 2003
1-2 تکنولوژی‌های مختلف مورد استفاده در پرینترها :
در این قسمت به معرفی تکنولوژی‌های مختلفی که در پرینترها استفاده می‌شود می‌پردازیم .
تکنولوژی‌های مورد استفاده در پرینترهای سه بعدی شامل :
FDM: مدل‌سازی با رسوب مواد مذاب (Fused Deposition Modeling)
SLA: حکاکی سنگی (Stereo Lithography)
SLS: پخت با لیزر انتخابی(Selective Laser Sintering)
LOM:  تولید شی لایه به لایه (Laminated Object Manufacturing ) می باشد، که در ادامه به آنها می پردازیم .

                                                                              جدول شماره 1 ، کاربرد پرینترها

شماره

تکنولوژی پرینتر

نوع کارکرد

کاربرد

1

FDM

مدل سازی با رسوب مواد مذاب

هوا فضا – خودروسازی صنعتی پزشکی – تجاری

2

SLA

حکاکی سنگی

تولید نمونه‌های اولیه دقیق ، ارزان و با دوام

3

SLS

پخت با لیزر انتخابی

ساخت قطعات با هندسه پیچیده در هنر و صنایع دستی

4

LOM

تولید شی لایه به لایه

تولید نمونه‌های اولیه

ماخذ : نگارندگان
1-2-1– تکنولوژی FDM
تکنولوژی FDM محبوب‌ترین روشی است که در سال 1992 توسط شخصی به نام (اسکات کرامپ) اختراع شد . این روش برای تولید نمونه‌های اولیه با استفاده از چاپ سه بعدی استفاده می‌شد و تاکنون هم کاربرد زیادی دارد .
کاربرد FDM
1) برای مدل های مفهومی ، تست نمونه و برقراری ارتباط بین طرح و نمونه نهایی بسیار مناسب می‌باشد.
2) مدلی که ساخته می‌شود یک نمونه اولیه کاربردی است که در سنجش و یا دقت عملکرد نمونه نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای تولید قطعات نهایی بدون نیاز به ساخت قالب که در هزینه و وقت هم صرفه‌جویی می‌کند کاربرد دارد. در ساخت ابزارها هم عدم نیاز به تراشکاری دوباره را به همراه دارد .
صنایع  FDM
این روش در تولید نمونه های اولیه صنایع زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد :
                              1) هوا فضا
                             2) خودروسازی
                             3) صنعتی
                             4) پزشکی
                             5) تجاری
مزایای تکنولوژی  FDM
1- آزادی در طرح :
این موضوع برای طراحان بسیار حائز اهمیت است چرا که هر آنچه در ذهن خود دارند را به کمک این روش می‌توانند تولید کنند. از زمان روی کار آمدن این تکنولوژی ساخت، نمونه‌های پیچیده با جزئیات جانبی و نمونه‌هایی با ویژگی‌های درونی برای ساخت و تولید قطعات بسیار ساده شده است.
2- تولید قطعات :
FDM شرایطی را فراهم می کند که با استفاده از مواد ترموپالستیک، قطعات و مدل های خود را به سهولت و بسیار سریع تولید کنند. از مزایای این تکنولوژی می‌توان به توانایی تولید قطعات سفارشی با عملکرد ، مقاومت فوق العاده و سریع اشاره کرد .
3- اختراع مجازی:
به کمک FDM و یک دستگاه پرینتر سه بعدی تمامی اختراعاتی که در ذهن شما وجود دارد رنگ واقعیت گرفته و شما می‌توانید تخیلات خود را به واقعیت تبدیل کرده و آن را لمس کنید برای این کار شما فقط باید طرح خود را سه بعدی کنید سپس بدون نیاز به قالب‌سازی دوباره تغییرات مورد نظر خود را اعمال کنید به عبارت بهتر دیگر نیازی به صرف زمان طولانی و هزینه های بالا برای تولید نیست.
1-2-2– تکنولوژی SLA
یکی از انواع تکنولوژی‌هایی که در چاپگرهای سه بعدی استفاده می‌شود SLA می باشد. در این روش مواد اولیه از جنس پالستیک مایع به نمونه‌های جامد تبدیل می‌شود . همانگونه که در بالا ذکر شد این تکنولوژی برای اولین بار در سال 1986 توسط چارلز هال که خود از بنیانگذاران شرکت در سال 1986 توسط چارلز هال که خود از بنیانگذاران شرکت 3D SYSTEM می‌باشد به عنوان روشی برای نمونه سازی سریع پیشنهاد داده و مدل سه‌بعدی آن که به کمک نرم افزار CAD نیز طراحی شده بود به نمونه واقعی تبدیل کرد.
نکته حائز اهمیت در تمام پرینترهای سه بعدی با تکنولوژی‌های متفاوت این است که برای تولید نمونه نیاز به طراحی سه‌بعدی توسط نرم‌افزارهای سه‌بعدی‌ساز داریم. طراحان با استفاده از فایل‌های خروجی که به کمک نرم افزارها به دست می‌آورند می‌توانند نمونه‌های خود را پیش از تولید مشاهده کنند و از عملکرد نمونه‌های اولیه و واقعی طرح خودکه توسط پرینتر تولید شده اطمینان حاصل کنند. برای آنکه پرینترها بتوانند دستورات را اجرا کنند فایل ها باید فرمت مشخصی داشته باشند که این فرمت استاندارد در بیشتر پرینترهای سه بعدی، STL می‌باشد .
طرز کار SLA
در این تکنولوژی از یک مایع رزین و تابیدن اشعه بر روی این مایع و در نهایت جامد شدن آن و ساختن نمونه استفاده می شود . SLA شامل چهار قسمت اصلی می باشد:
  • مخزنی که به کمک پالستیک مایع پوشانده می شود.
  • پلت فرم سوراخ داری که حجم مخزن را کاهش می دهد.
  • اشعه ماورا بنفش.
  • فایل سه بعدی که پلت فرم و جهت تابش اشعه را کنترل می‌کند.
مراحل تولید در این تکنولوژی به این شکل است که ابتدا لایه نازکی بر روی پلت فرم های سوراخ دار گذاشته می‌شود سپس با تاباندن اشعه به سطح پلت فرم لایه اول به وسیله فایل سه بعدی آن ساخته می‌شود و پس از کاهش مخزن پلت فرم تبدیل شدن لایه اول به جسم جامد و سخت، سطح جدیدی از پلیمر را به پلت فرم اضافه کرده و دوباره با تاباندن اشعه لایه بعدی به لایه قبل چسبانده می‌شود و شروع به سفت و سخت شدن می‌کند. این مراحل برای تمامی لایه ها اجرا می‌شود تا نمونه کامل شود. پس از آن نمونه را از پلت فرم جدا کرده و برای از بین بردن رزین های اضافی، جسم را تحت حرارت اشعه در کوره پخت می‌دهیم تا به تصویر واقعی نمونه نزدیک شود .
کاربرد SLA
این تکنولوژی یکی از بهترین راه‌های تولید نمونه‌های اولیه دقیق، ارزان و با دوام می‌باشد. این چاپگرها قادر هستند اشیائی که دارای پیچیدگی بالایی هستند و تولید آنها با روش‌های سنتی بسیار زمان بر و پرهزینه می‌باشد را به سهولت و با دقت بالا تولید کنند. امروزه استفاده از این روش در خودروسازی متداول می‌باشد. این تکنولوژی اولین فرآیند افزایشی برای نمونه‌سازی سریع می باشد. امروزه اکثر چاپگرهای خانگی یا شخصی موجود در بازار برای تولید سریع از این روش که هم آسان و هم ارزان می‌باشد استفاده می کنند.
1-2-3– تکنولوژی SLS
طرز کار این روش به این صورت است که چاپگر از یک نوع منبع تغذیه بالا مانند یک لیزر دی اکسید کربن استفاده کرده و مخلوطی از مواد اولیه مانند فلز، سرامیک ، پالستیک و یا پودر شیشه را به توده‌ای جامد سه بعدی تبدیل می‌کند. این لیزر به صورت انتخابی مواد پودر مانند را با کمک مدل سه بعدی نمونه بر روی سطح تولید می‌کند. لایه‌سازی در این روش به این شکل است که ابتدا لایه‌ای از مواد اولیه بر روی پلت فرم قرار گرفته و پس از جامد شدن و لایه‌سازی توسط لیزر، لایه بعدی مواد اولیه بر روی لایه قبل قرار می‌گیرد، این روند تا کامل شدن طرح ادامه می یابد.
جنس مواد اولیه در SLS
در این تکنولوژی بر خالف سایر روش‌ها می‌توان از مواد اولیه متفاوتی در تولید استفاده کرد که برای کاربری‌های گوناگون بسیار مفید می‌باشد. موادی از جنس پلیمر مانند نایلون، فلزاتی مثل فولاد، پلی استر، کامپوزیت‌ها و شن به عنوان مواد اولیه می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند که نمونه‌هایی که به وسیله این مواد ساخته شود از استحکام بالایی برخوردار می‌باشد از این روش برای ساخت قطعات نهایی هم می‌توان استفاده کرد .
کاربرد SLS
با توجه به توانایی بالایی که این تکنولوژی در ساخت قطعات با هندسه پیچیده دارد، به عنوان یکی از کارآمدترین روش‌های ساخت نمونه اولیه در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد . این تکنولوژی در بخش هنر و صنایع دستی به سرعت رو به رشد می‌باشد.

ارزش چاپگرهای سه بعدی :

این پرینترها در دو زمینه اقتصاد و نوآوری بررسی می‌شوند، از نظر اقتصادی این نوع پرینترها باعث باز کردن پنجره‌های جدید اقتصادی در یک جامعه می شوند و با کمک این نوع پرینترها سرعت و تنوع تولید محصولات و صد البته کیفیت آنها بالا می‌رود به شکلی که باعث به وجود آمدن فرصت‌های شغلی زیادی برای جامعه می‌شود.
فکر کنید که در منزل خود یک دستگاه دارید که می‌تواند رؤیاها و تفکرات شما را از دنیای مجازی به دنیای واقعی بیاورد! که در این حالت بدون شک نوعی انقلاب در تولید محصولات به وجود می‌آید زیرا از این پس تبدیل کردن ایده به واقعیت بسیار کم هزینه است. مثلاً بدون آنکه برای خرید کفش به بازار بروید می‌توانید نقشه سه‌بعدی مناسب با اندازه خود را در اینترنت یافته و آن را با قیمتی پایین‌تر خریداری کنید؛ سپس اقدام به پرینت و استفاده کنید. البته علاوه بر مزیت‌های پرینترهای خانگی، در زمینه معماری هم بسیار سودمند می‌باشد به طور مثال شما در مدت زمانی بسیار کوتاه می‌توانید سرپناه‌هایی امن و کم‌هزینه برای مردم بسازید که هم برای کمک به افراد کم بضاعت مفید است و هم برای کمک به افراد زلزله زده که سرعت عمل در این مورد بسیار اهمیت دارد.
2-1 مشکلات چاپگرهای سه بعدی:
هم اکنون مشکلی که به نظر می‌رسد و می‌تواند در آینده دردسرساز شود مشکلات ناشی از ساختن محصولاتی تقلبی به کمک پرینترهای سه بعدی و روانه شدن آنها در بازار می‌باشد. زیرا در صورت زیاد شدن این پرینترها دیگر ساختن محصولاتی شبیه به محصولات اصل کار دشواری نمی‌باشد که در این شرایط شاهد هجوم محصولات غیر اصل در بازار خواهیم بود که در نتیجه خسارت بسیار زیادی به شرکت‌های بزرگ وارد خواهد شد و در این صورت ورشکسته شدن آن شرکت‌ها و بیکاری حجم عظیمی از کارگران را شاهد خواهیم بود.در تازه‌ترین نمونه‌های جعل در پرینترهای سه‌بعدی میتوان به جعل آثار نقاشی ونگوك اشاره کرد. البته مشکلات گفته شده از یک سو و امکان استفاده از مواد اولیه مضر برای سلامتی بدن انسان در تولید محصولات تقلبی نیز از سوی دیگر اشاره کرد. تصور کنید که عینکی خریداری می‌کنید که ازنظر شما مرغوب می‌باشد اما در حقیقت آن عینک توسط پرینترهای سه‌بعدی تولید شده که در آن از مواد مضر و خطرناك استفاده شده، نتیجه بسیار خطرناك خواهد بود به چنین دلایلی هنوز شرکت‌های بزرگ تمایلی برای همه‌گیر شدن این نوع تکنولوژی ندارند. البته چه آنها بخواهند چه نخواهند دنیا به سمت این تکنولوژی پیش می‌رود به همین دلیل برای کنترل این مشکلات دولت‌ها باید قوانینی را در این زمینه تنظیم کنند تا مشکلات به حداقل خود برسد.
2-2 کاربرد چاپگرهای سه بعدی:
در دنیای امروز مدل‌سازی سه بعدی در رشته های مختلفی مانند : قطعه سازی، معماری، طراحی صنعتی، روباتیک، صنایع هوافضا و…مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مدل‌سازی‌ها تا قبل از اختراع این پرینترها به شکل تصاویر دو بعدی روی صفحه های نمایشگر یا روی کاغذ ارائه می‌شدند تا افراد با دیدن آنها درك بهتری از آنچه طراحان در ذهنشان دارند بدست آورند. اما به کمک پرینترها این مدل‌سازی‌ها قوی‌تر شده، به بیان دیگر ارائه طرح به کمک آنها و البته درك آن راحت‌تر شده است .
2-3– کاربردهای پرینتر سه بعدی در صنایع مختلف:
با نهایت تاسف این تکنولوژی هم مانند سایر تکنولوژی‌ها ابتدا با صنایع نظامی تولید شده است و در ساخت قطعات نظامی ظهور کرده است. اما با گذشت زمان، کاربردهای این تکنولوژی در صنایع دیگر مطرح شد. این کاربردها عمدتاً در مواردی است که پیچیدگی قطعه زیاد است و یا آنکه برای تولید نیاز به نمونه اولیه می‌باشد.
1- صنایع نظامی :
صنایع نظامی بسیار دقیق می‌باشند و در عین حال قطعات پیچیده ای دارند . معموال هزینه هم خیلی مهم نیست. این ویژگی ها پرینتر سه بعدی را به عنوان یکی از دستگاه های اصلی برای تحقیقات و تولیدات نظامی در دنیا معرفی کرده است.
2-صنایع فضایی :
ساخت قطعات دقیق در ابعادی کوچکتر یکی از موارد مهم در تولید صنایع فضایی می باشد .ولی کاربرد منحصربه فرد این پرینتر ها در فضامی باشد . مکانی که امکان ساخت قطعات با تکنیک های دیگر ساخت و تولید میسر نمی باشد . فضانوردان در پایگاه های فضایی برای تعمیر و آزمایشات خود نیاز به تولید قطعات جدید دارند. این موضوع با کمک پرینترهای سه بعدی به راحتی قابل دسترسی می باشد. شرکت های بزرگ فضایی دنیا قصد ساختن مقر خود در ماه را با کمک پرینتر های سه بعدی دارند . این پروژه بسیار بزرگ توسط تیم تحقیقاتی ناسا در حال انجام می باشد .
3-طلا و جواهر :
پرینترهای سه بعدی در طال و جواهر کاربردهای فراوانی دارد. مدلسازی دقیق و ظریف با قابلیت ریخته گری طال، از مهمترین قسمت های این صنعت می باشد. دقت و کیفیت سطح ، اهمیت بسیار زیادی در تولید طال و جواهر دارد.
4- انیمیشن :
طراحان شخصیت های کارتونی عالقه بسیاری دارند که مدل شخصیت های موردنظر خود را بتوانند تولید کنند . اینکار بارها و بارها انجام میشود تا شخصیت موردنظرشان ساخته شود. که این پرینترها به روند طراحی آنان سرعت می بخشد .
5- خودرو :
صنایع خودروسازی به مدل سازی پیچیده ای نیاز دارند. قطعات سه بعدی طراحی شده و باید بارها و بارها نمونه تولید میشود اما پرینترها به پایین آمدن هزینه ها در تولید قالب کمک می کند زیرا اصال نیاز به ساخت قالب ندارد.
6- پزشکی :
قطعات بدن استخوان ها برای هر انسان متفاوت می باشند و مهم ترین آن استخوانها می باشد که توسط دستگاه تولید می شود البته این کار نیاز به دقت باالیی دارد. در علم پزشکی پرینترها بسیار میتوانند مهم وکلیدی باشند و روز به روز پیشرفتهای بیشتری در این مورد حاصل می شود .
7- آموزشی :
دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی نیاز نیاز بسیار زیادی به دستگاه های پرینتر سه بعدی دارند. بخصوص رشته های پزشکی و اغلب رشته های مهندسی در کالسهای عملی خود می توانند استفاده های مفیدی از این دستگاهها داشته باشند .
2-4– آینده پرینتر سه بعدی :
چاپ سه بعدی باعث می شود که به عنوان راهی ارزان قیمت برای ایجاد آیتم های مستقل)تکی (، در نظر گرفته شود. همچنین پرینتر های سه بعدی تولید هزاران شی و در نتیجه صرفه جویی اقتصادی ناشی از مقیاس را کاهش می دهند. این موضوع می تواند تاثیر عمیقی در جهان با عنوان" آمدن کارخانه…. " داشته باشد. همان طور که هیچ کس نمی توانست تاثیر موتور بخار در سال 1750 یا ماشین چاپ در 1450 ، و یا ترانزیستور در سال 1950 را پیش بینی کند، پیش بینی تاثیر دراز مدت چاپ سه بعدی نیز غیر ممکن می باشد. در هر حال این فن آوری در حال پیشرفت است، و احتمال گستردگی آن در هر زمینه ای لمس می شود.
3- پرینترهای سه بعدی در معماری :
ایده اولیه استفاده از پرینترهای سه بعدی در ساخت خانه در سال 2006 توسط دکتر بهرخ خوشنویس ، استاد دانشگاه کالیفرنیا مطرح شد . البته طرح پیشنهادی ایشان ترکیب پرینترها و روباتها بود که کار یکدیگر را پوشش می دهند طراحان عالقه دارند، ماکت طرح خود را به صورت واقعی ببینند. این موضوع با کمک پرینتر سه بعدی امکان پذیر شده است. طراحان برای آنکه بتوانند ایده های خود را دقیق تر و بهتر در معرض دید سرمایه گذاران قرار دهند به کمک این تکنولوژی ماکت طرح خود را به راحتی و به سرعت هرچه بیشتر در اختیار آنان قرار می دهند ، که این موضوع سرعت گروه برای تصمیم گیری را بیشتر میکند . عالوه بر آن دانشجویان این رشته دیگر نیازی به صرف وقت زیاد برای ساخت ماکت‌هایشان نخواهند داشت . غرفه های نمایشگاهی، طراحان داخلی و سازندگان مجتمع ها ، مزیت ویژه ای با استفاده از پرینتر سه بعدی خواهند داشت . عالوه بر آن از این دستگاه می شود برای ساخت قطعات ساختمانی جدید استفاده شود . مزیت این دستگاه برای تولید کنندگان در این خواهد بود که آنان به راحتی می توانند ایده اولیه را به کمک نرم افزار طراحی کرده و آن را تولید کنند سپس آن را از نظر استحکام بررسی کنند . از آنجا که در این مورد نیازی به تهیه قالب نمی باشد هزینه های اولیه کاهش می یابد . که عالوه بر آن صرفه جویی در مصالح را به همراه دارد . پس به کمک این تکنولوژی می نوان به راحتی مصالح جدید را تولید و عیوب آن را بررسی کرد و سپس آنها را وارد خط تولید کرد .
از دیگر مواردی که پرینترها به کمک معماری آمده ساخت ساختمان می باشد برای این مورد به پرینترهای بزرگتری نیاز است، شایان ذکر است که این تکنولوژی کمک می کند که در کوتاه ترین زمان و با کمترین هزینه ساختمان های مناسبی را به وجود بیاوریم که برای شرایط خاص و البته بحرانی بسیار مفید خواهد بود . فکر کنید شهری دچار زلزله شود و درصد بیشتری از ساختمانها را تخریب کند در چنین شرایطی به کمک این دستگاهها میتوان در کوتاهترین زمان تعداد زیادی سرپناه محکم ، مقاوم و امن برای این افراد زلزله زده ساخت . متاسفانه کشور ما شاهد حوادث تلخی در هنگام بروز زلزله های شدید ، مانند : رودبار ، بم ، آذربایجان و …. بوده است ، که بزرگترین دلیل آن بافت فرسوده این مناطق بوده است و در حال حاضر هم بسیاری از مناطق در شهرهای دور افتاده کشورمان دارای چنین مشکلی می باشند البته امیدواریم دیگر چنین حوادثی در کشور عزیزمان رخ ندهد . از دیگر مزایای ساخت این خانه ها برای افراد کم بضاعت می باشد . مراکز شهرها همیشه به دلیل تمرکز امکانات مردم ساکن روستاها را مجبور به مهاجرت می کند و از آنجا که آنان از نظر مالی در سطح پایین تری قرار دارند به ناچار در اطراف شهر ساکن شده و با کمترین هزینه برای خود سرپناه هایی نازیبا می سازند و در نتیجه چهره شهر را تخریب میکنند ، اما این گونه ساخت و ساز که به کمک پرینترها می باشد با هزینه ای کم و سرعتی باال برای آنان ساختمان هایی زیبا می سازد که در زیبا شدن شهر هم به کمک ما می آید .
شاید بسیار پیش آمده باشد که معماری طرحی ارائه دهد که توان اجرای آن وجود نداشته باشد یعنی دارای جزئیاتی باشد که توان ساخت آن نباشد ، این مشکل توسط پرینتر سه بعدی حل می شود و طراح هر طرحی که ارائه دهد ماشین به راحتی آن را تولید میکند که از درجه اهمیت بالایی برای طراحان برخوردار می باشد و دیگر می توانند نگران ایده های خود نباشند .
دانشمندان همیشه هشدار نابودی کره زمین را میدهند ، از اینرو همیشه به دنبال راهی برای سفر و نقل مکان به کرات دیگر می باشند ، یکی از مشکالتی که برای رسیدن به این هدف وجود داشته چگونگی ساخت وساز بوده است ، که به نظر می رسد پرینترها این مشکل را حل می کنند فقط کافی است تا دستگاهی متناسب با شرایط آنجا ساخته شده و سپس در محل مورد نظر مستقر گردد . شرکتی که در این مورد در حال کمک کردن به ناسا می باشد شرکت نورمن فاستر و شرکا می‌باشد که طرح اولیه یک اقامتگاه فضایی آینده را ارائه داده است . فاستر بر اساس این ایده (پرینتر سه بعدی) اقامتگاهی در کره ماه را طراحی کرده اند که گنجایش چهار نفر را دارد که در محیطی شبیه سازی شده به شرایط فضا آزمایش خواهد شد . این ساختمان افراد را از تشعشعات و حرارت باال حفظ می کند . طبق این برنامه و در صورت موفقیت آن می توان گفت پرینترها می توانند به حفظ نسل انسان در سال های آینده که ممکن است کره زمین غیر قابل سکونت شود بسیار مناسب می باشد . به طور کلی معماری امروز ما باید به سمت و سوی استفاده بهینه از مواد و مصالح برود و جلوگیری از اتلاف انرژی و پایین آوردن بودجه در نظر گرفته شود . پرینترها می توانند قدم مثبتی در این زمینه باشند .
4- کانتور کرفتینگ :
این روش که ایده آن در دانشگاه کالیفرنیا ارائه شد ، روشی می باشد که در آن از روبات و پرینتر استفاده می شود . با استفاده از این شیوه می توان با یک چهارم هزینه ساخت به شیوه سنتی در یک روز یک واحد مسکونی ساخت . این شیوه ساخت در تحقیقات فضایی ، دریایی و سامانه های نظامی کاربرد دارد . در این شیوه یکی از مراحل کار، متصل کردن پرینتر روی جرثقیلی شبیه به یک خرك بزرگ می باشد که دقت بالایی برای طراحی آن نیاز است . این ماشین رشته‌های بتونی را به صورت الیه الیه روی یکدیگر قرار میدهد، و ماشین با پیشرفت کار بالا میرود. و درحقیقت یک‌خانه را چاپ میکند. این سیستم بسیار قابل تطبیق می باشد . با تنظیماتی بسیار پیچیده، این دستگاه میتواند به‌صورت افقی روی یک ریل جلو و عقب برود تا یک سری خانه و یا حتی یک محله را بسازد. سیم‌کشی برق، لوله‌کشی و سیستم گرمایشی و سرمایشی را بعداً میتوان در قسمت‌های خالی گذاشته‌ی دیوار قرار داد. کاشی‌کاری، قسمتهای داخلی خانه، و میله‌گرد گذاری سقف هم میتواند به فرایند ساخت‌وساز اضافه شود.
البته دکتر خوشنویس تنها فردی نیست که با استفاده از چاپگر سه بعدی در حال بهبود بخشیدن به کارهای ساختمان‌سازی می باشد. چندی پیش ، شخصی به نام ، ام ایکس تری دی برنامه‌ای را به منظور پرینت سه‌بعدی پل عابر پیاده با ربات چند محوری اعالم کرد . و عالوه بر آن پروژه مینی بلدرز نشان میدهد که چگونه تیمی از رباتها میتوانند خانهای در اندازهی طبیعی را با استفاده از مرمر و کامپوزیت پلیمری بسازند.
اما پروژه دکتر خوشنویس به علت کاربردهای بالقوه، حجم کار و البته بلندپروازی آن، کاری خاص می باشد . دکتر خوشنویس میگوید، خانه‌ها از معدود چیزهایی هستند که هنوز باید با دست‌ساخته شوند. اما کفش، لباس، و ابزارآلات خانگی همگی با سیستمهای خودکار ساخته میشوند. با این وجود منتقدان میترسند خانه‌های چاپشده از کارگران ساختمانی را بی کار کند ، موضوعی که دکتر خوشنویس هم آن را نفی نمیکند، اما او فکر می کند که حاال زمان آن رسیده تا خانه‌ها با سیستمهای خودکار ساخته شوند. البته ممکن است فکر کنیم که بتنریزی خودکار در ابعاد بزرگ می تواند به طراحیهای خشک و یکسان منتهی شود، اما دکتر خوشنویس برعکس این عقیده را دارد. او میگوید این روش میتواند ساختمانهایی با اشکالی زیبا را بسازد. مثلاًساختمان‌هایی به زیبایی بناهای قدیمی ایرانی را خلق کند.

تصویر شماره 1 ، اقامتگاه فضایی

ماخذ : ابراهیمی، علیرضایی ،(1393)
( کاربرد پرینت سه بعدی برای ایجاد اقامتگاه در فضا توسط ناسا را مشاهده می کنید ؛ این همان طرح ابداعی توسط دکتر بهرخ خوشنویس ، دانشمند ایرانی ابداع کرده است . در آغاز این پروژه برای ساخت بناهایی ماندگار ، فابل اطمینان و اقتصادی در فضا شیوه ها و ابزارهای مختلف ساخت مورد مطالعه و آزمون قرار گرفتند . در این پروژه ویژه ، یک معماری خاص با فناوری ساخت روباتیک در هم می آمیزد تا فرآیند ساخت سریع ، آسان و با در نظر گرفتن محدودیت های اجرایی موجود در سطح کره ماه حاصل شود . استفاده از فناوری روباتیک موجب بسط ، گسترش و آزمودن شیوه های مختلف ساخت عناصر زیر بنایی، شناخت بهتر مزایا محدودیت ها ، امکان سنجی اجرایی ، تطبیق پذیری با شرایط محیطی و به طور کلی امکان استفاده از چنین فناوری هایی در فضا می شود . عناصری که باید بر روی سطح ماه یا مریخ ساخته شوند عبارتند از : سکوی فرود ، بخش سکونت‌گاهی ، جاده ها و مسیرهای دسترسی ، دیوارهای ضد انفجار و محافظ (دارای مقاومت مکانیکی و حرارتی در برابر اصابت شهاب سنگ ها)، فضاهای ضد غبار و بسیاری از عناصر دیگر که همگی باید مطابق با اصول معماری بوم آورد ( ISRU ) طراحی ساخته شوند). (قرن بیست و یکم : تکامل تولید صنعتی معماری یا تکامل فرآیند معماری ، سمیه ابراهیمی، مهدی علیرضایی)
4-1– دکتر خوشنویس :
دکتر خوشنویس، که در سال 1974 از ایران مهاجرت کرد و بیش از 70 اختراع را در زمینه‌های مختلف، از مهندسی هوافضا گرفته تا رباتیک را به ثبت رسانده است، او این روش در ساختمانسازی تجاری، خانهسازی سریع و ارزان و ساختن خودکار مجموعه‌های مسکونی فضایی، را پیشبینی میکند. این مخترع توانا، که یکی از اعضای خلق مفاهیم پیشرفته‌ی نوآورانه ناسا می باشد ، پیشنهادی ارائه کرده که در آن با پختن خاك ماه میتوان ایستگاهی را در ماه برای فضاپیماهای آینده ساخت. بر روی زمین، از این روش میتوان برای ساخت یک یا چند خانه استفاده کرد، هر خانه را نیز میتوان با طرحی متفاوت ساخت، و همه را هم در یک دور ساختوساز انجام داد. نمونه اولیه ساخته‌شده به‌صورت غیرمعمولی مقاوم است، با قدرت تحمل بسیار زیادی ، سه برابر بیشتر از خانه‌های معمولی، که آن را برای مناطق زلزله‌خیز و طوفان‌خیز مناسب میکند. دکترخوشنویس اعتقاد دارد به این خاطر که نیروی کار ، هزینه و مواد آن ارزان است، میتوان این روش را برای ساختن خانه‎های مقرون به صرفه در مناطق محروم استفاده کرد. او گفت: “وقتیکه ما بتوانیم برای مناطق محروم خانه‌ها را ازلحاظ اقتصادی به‌صرفه کنیم،مثلاً در زاغه‌نشین‌ها، می‌توانیم نیازهای مسکن آنها را برآورده سازیم.”
دکتر خوشنویس در جایی مطرح می کند که به دلیل سرعت بالایی که ساختمان‌ها چاپ می‌شوند، این فرایند از اسراف‌های معمولِ کارهای ساختمانی جلوگیری می‌کند. حمل مواد در مسیرهای طولانی و نصب زمانبر آنها میزان زیادی دی‌اکسیدکربن تولید می‌کند. با کاهش کارگران در محل ساختوساز، این فرایند می‌تواند جان انسانها را هم نجات دهد.
همچنین می گوید این فناوری کاهش هزینه، سرعت و انعطاف‌پذیری در معماری را باهم دارا می‌باشد که آن را از لحاظ اقتصادی قابل سرمایه‌گذاری می‌کند. او گفت: “واقعیت این است که این کار زمان زیادی میگیرد،” او ادامه داد: “ساخت‌وساز کاری است که به‌حق باید با محافظه‌کاری پیگیری شود . نحوه‌ی ساخت‌وساز امروزی با اینکه بهترین کارایی را ندارد، اما امتحان کردن روش‌های جدید، مستعد خطرات و مشکالت زیادی است.”
دکتر خوشنویس از تغییر و تحوالت واهمه ای ندارد ، به خصوص اگر این دگرگونی باعث رشد اقتصادی و حرکت شود . او می گوید ، “در سال 1900، 62 درصد مردم آمریکا کشاورز بودند. امروز، این رقم کمتر از 5٫1 درصد است. اما دنیا به آخر نرسیده است. همیشه به خاطر پیشرفت‌ها و استفاده از فناوری‌های قابل اجرا، اقتصاد بهتری وجود خواهد داشت.”
5- در این قسمت به معرفی نمونه های ساخته شده می پردازیم .

5-1– قلعه کامل یک معمار آمریکایی
یک معمار اهل مینسوتا آمریکا در کمتر از 4 ماه قلعه‌ای را به وسیله یک پرینتر سه بعدی تولید کرده است که به آن افتخار می کند و هدف او پر کردن دنیا از خانه هایی می باشد که به این شیوه ساخته می شوند. مشخص نمی باشد که این معمار ) اندی رودنکو ( از چه وسیله ای برای پرینت گرفتن این قلعه استفاده کرده اما هر روشی که به کار بسته توانایی این را داشته که الیه هایی بتنی با ضخامت 10 میلی متر را تولید کند ، تا مانند آجرهای پهن بر روی یکدیگر قرار گیرند. این معمار فقط از روی احساس چنین بنایی را به وجود نیاورده است بلکه می خواهد طرز تفکر متفاوتی ایجاد کند و معماری را فراتر از روی هم گذشتن بلوك های بتنی جلوه دهد. وی می گوید: “ وقتی شروع کردم، مردم کم کم به پیشرفت این پروژه اعتقاد پیدا کردند.” قلعه‌ی رودنکو عظمتی ندارد، به خصوص زمانی که در مقابل درختان اطرافش قرار می گیرد ، اما به اندازه ای هست که بتوان در درون آن ایستاد و یا قدم زد. این معمار آمریکایی برای پروژه بعدی چالشی به بزرگی ساخت “یک خانه واقعی” را برگزیده است .

5-2– ساخت 10 خانه در عرض یک روز با چاپگرهای سه بعدی
ساخت خانه در یک روز و یا یک هفته برای بسیاری از افراد مانند یک رویا تلقی می شود، اما یک شرکت چینی توانسته است با استفاده از فناوری پیشرفته چاپگرهای سه بعدی در عرض 24 ساعت 10 خانه بسازد. نگاه به این خانه های کوچک شاید در ابتدا ساده به نظر آید، اما نشان دهنده یک دستاورد قابل توجه در صنعت ساخت و ساز است. یک شرکت چینی موفق به ارتقا قابلیت های چاپگر سه بعدی خود شده است و می تواند با استفاده از این چاپگر غول پیکر روزانه 10 خانه بسازد، مواد مصرفی در این خانه ها غالباً از مواد بازیافتی هستند و هزینه تقریبی هر یک از این خانه حدود 5 هزار دلار است. این فناوری می‌تواند در رفع بحران مسکن کشورهای پر جمعیت مفید و موثر باشد.
استفاده از پرینترهای سه بعدی به تازگی در کشور چین رایج شده است و در این کشور سازه ها و آسمان خراش‌های عظیمی با استفاده از این چاپگرها به وجود آمده است. مزیت اصلی این چاپگر عالوه بر افزایش سرعت ساخت، کاهش هزینه های ساخت و افزایش بهره وری است.
استفاده از چاپگرهای سه بعدی و مواد بازیافتی می تواند گزینه‌ی مناسب برای ساخت و ساز در حومه و خارج شهرها باشد تا افراد بتوانند با هزینه ای کم صاحب خانه شوند. همچنین چاپگرها علاوه بر ساخت خانه از مواد بازیافتی می توانند از سیمان، شیشه و هر الگوی دیگر ساخت نیز استفاده کنند. در ضمن در ساخت این خانه ها از چاپ مورب نیز استفاده شده است، این روش چاپ برای عایق بندی خانه‌ها کاربرد دارد.

5-3- ساخت مجتمع آپارتمانی در چین
در حالی که شرکت های طراحی و معماری در حال رقابت برای ساخت خانه ها توسط چاپگرهای سه بعدی هستند، یک کمپانی چینی موفق به پرینت و ساخت یک مجتمع آپارتمانی 5 طبقه با 1100 متر زیربنا شده است. دو سال پیش کمپانی به نام وین سان (WinSun) ادعا نمود که در فاصله زمانی 24 ساعت، 10 خانه را با استفاده از نوع خاصی از پرینترهای سه بعدی، چاپ نموده که در این پروسه از پس ماند ها، ضایعات ساختمانی، و نوعی از سیمان که به سرعت نیز خشک می شود استفاده کرده است) در باال در مورد آن صحبت شد ( .حال این شرکت با استفاده از پیشرفت های که در این تکنولوژی داشته و در کنار تجربیاتی که در این زمینه کسب نموده، آپارتمان پنج طبقه ای را با زیربنای 1100 متر ساخته است. این آپارتمان به قدری کامل ساخته شده که اجزای زینتی نیز در قسمت داخل و بیرون آن به کار رفته اند . این پرینتر سه بعدی ، دارای ارتفاعی 6.6 متر عرضی 40 متری بوده که قطعات ساختمانی را چاپ نموده و سپس این قطعه ها در محل مورد نظر سر هم بندی می شوند. اگرچه این کمپانی در خصوص اندازه دقیق قطعاتی که چاپ می کند سخنی به میان نیاورده ولی بر اساس تصاویری که در وب‌سایت رسمی آن‌ها به چشم می‌خورد، این دستگاه اندازه ای قابل مالحضه دارد . مراحل پرینت خانه های سه بعدی ضایعات ساختمانی را بین 30 تا 60 درصد کاسته است و همچنین باعث سرعت بخشیدن در بخش تولید قطعات بین 50 تا 70 درصد خواهد شد. در مجموع نیز هزینه ساخت این مجتمع آپارتمانی 5 طبقه رقمی بالغ بر 161.000 دلار بوده است. به نظر می رسد این شرکت رویاهای بزرگ تری نیز در سر می پروراند. آنها امیدوارند تا در آینده ای نزدیک قادر به ساخت پروژه‌های بسیار بزرگ تری مانند پل ها و یا آسمان خراش ها باشند.
نتیجه گیری :
با توجه به اطالعاتی که در باال در مورد پرینترهای سه بعدی داده شد به نظر می رسد این تکنولوژی جدید افقی تازه را در زمینه معماری پیش روی ما می گذارد . این فناوری به کمک ما آمده تا تحقق رویاهایمان را سرعت ببخشد . ما به کمک آن می توانیم برای افراد کم بضاعت سرپناه هایی ارزان قیمت و زیبا بسازیم که هم به ما در جهت زیبا ماندن فضاهای شهری به دور از خانه های بی کیفیت که در اطراف شهر ها ساخته می شد کمک می کند و در نتیجه آن جرم و هزینه های تحمیلی بر دوش دولتها را کاهش می دهد . ساخت و امتحان کیفیت و مقاومت مصالح جدید را ممکن می سازد ، که به کاهش هزینه های تولید می انجامد . متاسفانه کشور ما زلزله خیز می باشد و مسئولین ما می توانند به کمک این دستگاهها در صورت بروز هرگونه اتفاق غیر منتظره ای به کمک مردم بروند ) البته امید است دیگر حادثه بم تکرار نشود ( زیرا به کمک این پرینترها میتوان در کوتاه ترین زمان سرپناه هایی را با مقاومت و امنیت باال ساخت . در کل می توان گفت که پرینترها می توانند در علم معماری امروز و طراحی کمک های مفیدی به معماران و سازندگان داشته باشند .

منابع :

1- ابراهیمی، سمیه ، علیرضایی ، مهدی ، قرن بیست و یکم : تکامل تولید صنعتی معماری یا تکامل فرآیند معماری، نشریه هنر معماری ، 1393 ، صفحه 155-152 ، شماره 32 ، تهران .همت پور ، راضیه ، پرینتر سه بعدی
2- فائزی رازی ، فرزین ، نقش پرینتر سه بعدی در مدرسه فردا ، سومین همایش ملی مدرسه فردا ، سال 1394
  •  kirk hausman , kalani , horne , 3d printing for dummies , john wihly & sons , inc Hoboken , new jersey , America , 2014
  • 4- canessa , e , fonda , zennaro , low – cost 3d printing , ictp science dissemination unit America , 2013
نویسندگان:

منوچهر تمیزی – دکتری تخصی معماری و عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد
مارال مثنوی- دانشجوی ارشد مهندسی معماری دانشگاه آزاد- واحد ماهشهر