Khách sạn in 3D đầu tiên trên thế giới

Mới đây, khách sạn đầu tiên trên thế giới được xây dựng bằng công nghệ in 3D đã được khởi công ở phía bắc Marfa, một thành phố tại miền tây bang Texas. Dự án này là một dấu mốc quan trọng trong việc phát triển và ứng dụng thực tế công nghệ in 3D, cũng như là bước đột phá trong lĩnh vực xây dựng.

Công trường xây dựng El Cosmico mới ở phía Bắc Marfa, Texas.

Chỉ trong vài thập niên, những tiến bộ vượt bậc của công nghệ in 3D đã làm tăng mạnh hiệu quả và mở rộng phạm vi ứng dụng trong một loạt các lĩnh vực. Một ví dụ tiêu biểu là dự án El Cosmico – một khách sạn quy mô lớn được xây dựng bằng công nghệ in 3D trên vùng sa mạc rộng 24 hec-ta.

Ứng dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng

Người dân địa phương và du khách ở thành phố Marfa sẽ chẳng nhìn thấy cần cẩu và giàn giáo – những thiết bị thường xuất hiện trên các công trình xây dựng – khi đi ngang qua địa điểm thi công khách sạn El Cosmico. Thay vào đó, họ sẽ nhìn thấy một một máy in 3D khổng lồ có cấu trúc giống như cây cầu, trên giàn ngang là một cánh tay robot và vòi phun di chuyển qua lại trên công trường. Cỗ máy khổng lồ này có tên là Vulcan, sản phẩm của Công ty in 3D và robot ICON – nhà tiên phong tận dụng công nghệ mới để xây dựng các ngôi nhà in 3D.

Vulcan rộng 14,2, cao 4,7m và nặng 4,75 tấn. Khi rải từng lớp vật liệu màu be lên phần móng hình tròn để xây dựng các bức tường, nó giống như một máy in phun có hộp mực di chuyển qua lại. Theo nhà sản xuất, hệ thống in này có thể “in” được 13-26cm tường trong một giây, giúp cắt giảm đáng kể thời gian xây dựng một ngôi nhà..

“Mực” của máy in 3D này là một loại vật liệu gốc xi măng đặc biệt có tên là “lavacrete”. Đây là vật liệu carbon thấp độc quyền do ICON phát triển, với cường độ nén từ hơn 1,4 triệu kgf/m² tới hơn 2,4 triệu kgf/m². Hỗn hợp sử dụng các vật liệu tự nhiên tại chỗ như cát, nước và phụ gia, nhờ thế nó sẽ không đòi hỏi việc vận chuyển vật liệu từ một nguồn xa xôi. Điều này vừa giúp giảm chi phí khi sản xuất trên quy mô lớn, lại vừa giảm lượng khí thải.

Jason Ballard, Giám đốc điều hành và nhà sáng lập của ICON, cho biết công nhân điều chỉnh và pha trộn các thành phần sao cho phù hợp với thời tiết địa phương, trong trường hợp này là có độ bền và cách nhiệt tốt cho ngôi nhà trước ánh nắng chói chang ở Texas. “Phép màu xảy ra trong hỗn hợp cho phép chúng tôi tiếp tục in”, ông Ballard chia sẻ, nói thêm rằng độ ẩm, nhiệt độ và bức xạ ảnh hưởng tới hành vi của vật liệu, thậm chí cả màu sắc cuối cùng.

Lavacrete là một yếu tố quan trọng giúp ICON tiến hành in 3D trên quy mô lớn. Bởi lẽ, vật liệu in 3D thường gặp phải những thách thức như khả năng in, khả năng xây dựng và thời gian mở. Khả năng in đề cập đến việc vật liệu có thể được bơm và đùn ra từ vòi phun. Khả năng xây dựng là khả năng duy trì hình dạng của vật liệu và tạo đủ liên kết giữa các lớp. Thời gian mở là khoảng thời gian mà khả năng in và xây dựng của vật liệu duy trì ở mức chấp nhận được – điều này quan trọng do thời gian in có hạn, bất kỳ sự chậm trễ nào cũng có thể khiến bê tông cứng lại. Do đó, chúng ta cần hỗn hợp vật liệu có khả năng in mong muốn, có thể duy trì hình dạng và có đủ thời gian để in trước khi cứng lại.

Lavacrete khắc phục những hạn chế của vật liệu in 3D truyền thống nhờ được thiết kế riêng để thi công nhanh. Các đặc tính đông cứng nhanh cho phép lavacrete đông lại và trở nên chắc chắn về mặt cấu trúc chỉ trong vài giờ, giúp giảm đáng kể thời gian cần thiết để in và bảo dưỡng từng lớp. Thời gian đông cứng nhanh cho phép việc in diễn ra liên tục mà không cần thời gian chờ đợi lâu, giúp quá trình thi công nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều.

Theo tuyên bố từ ICON, công nghệ in 3D cho phép tạo ra các mái vòm, hầm và tính đa dụng trong các phương pháp kiến trúc. Nhờ thế, các kiến trúc sư có thể thỏa thích sáng tạo những thiết kế độc đáo mà không làm tăng đáng kể ngân sách. Kiến trúc sư Bjarke Ingels từ công ty BIG, đơn vị thiết kế khách sạn El Cosmico, giải thích: “Sự hứa hẹn của công nghệ in 3D là máy in không quan tâm tới độ phức tạp của thiết kế... Tất cả những gì nó quan tâm là thời gian in và lượng vật liệu nó sẽ triển khai, do đó bạn có thể tạo ra một ngôi nhà vuông vắn hoặc nhà có mái vòm đẹp với cùng chi phí”.

Không dừng lại ở Vulcan, công ty ICON sẽ tiếp tục cho ra mắt một máy in mới có tên là Phoenix. Chiếc máy thế hệ mới này sẽ có khả năng xây móng và mái nhà, thay vì chỉ xây tường. Theo Ballard, máy in Phoenix sẽ loại bỏ những rào cản mà Vulcan đang phải đối mặt, đồng thời vẫn phát huy các ưu điểm là giảm chi phí và mở rộng tiềm năng thiết kế. Phoenix cũng sẽ có hình dạng giống Vulcan. Tuy nhiên, trong khi cánh tay robot của Vulcan có khả năng xây dựng ngôi nhà một tầng, thì Phoenix sẽ vượt trội hơn khi có thể xây dựng quy mô tòa nhà lớn hơn. Phạm vi chuyển động rộng cho phép nó in theo một đường thẳng ổn định, bất kể thời tiết hay thiết kế.

Tiềm năng của in 3D trong lĩnh vực xây dựng

Nhiều người cho rằng công nghệ in 3D cho phép xây dựng nhà nhanh hơn, với lượng nhân công tối thiểu và tiết kiệm chi phí hơn. Thực tế, trên công trường El Cosmico, đội ngũ nhân viên làm việc chỉ có ba người, trong đó có một kỹ thuật viên in giám sát Vulcan.

Theo hãng Reuters, công ty ICON đang tiến hành xây dựng 100 ngôi nhà tại Georgetown, Texas. Những ngôi nhà một tầng, có 3-4 phòng ngủ được in 3D mất khoảng ba tuần để hoàn thành. Bên cạnh đó, việc xây dựng bằng cách in 3D cũng đem lại lợi ích về môi trường, do chúng đòi hỏi ít vật liệu và năng lượng hơn.

Tuy nhiên, công nghệ mới này cũng đặt ra một số vấn đề mà chúng ta cần giải quyết. Về lâu dài, việc xây dựng bằng in 3D có thể thay thế một số công việc lao động có tay nghề, theo Milad Bazli, giảng viên khoa học và công nghệ tại Đại học Charles Darwin (Úc). “Xét từ góc độ xã hội và tác động đến nền kinh tế về phương diện việc làm tại địa phương, đặc biệt ở các vùng xa xôi hẻo lánh, tôi cho rằng đấy là một trong những thách thức mà chúng ta cần cân nhắc khi tiến hành áp dụng phương pháp in 3D”, Bazli nói.

Khoahocphattrien