Изследване на 3D принтирането: Прототипи, които насърчават сътрудничеството в архитектурата

Снимка: Cortesía de XWG Archi Studio at Tsinghua University

Според анализаторската компания Gartner продажбите на 3D принтери са се увеличили със 75% около 2014 г., но въпреки това технологията продължава да бележи значителен ръст. Макар че в областта на архитектурата се водят множество дебати за това дали 3D принтирането може да се счита за занаятчийска работа или дали е възможно да се смесват местни материали с 3D принтиране, внедряването му от академичните среди има за цел да създаде нов опит, изследвания и знания, които да допринесат за развитието и практическото му приложение. Сега, как интегрирането на 3D принтирането в академичните среди може да провокира бъдещи промени в строителната индустрия? И как образованието в областта на архитектурата и дизайна би могло да насърчи сътрудничеството с други дисциплини за създаване на нови приложения в различни области?

В процеса на 3D принтиране обектите се изработват чрез наслагване на последователни слоеве. В една стъпка, слой по слой, със средна скорост от 2 см височина на час, това адитивно производство се осъществява чрез добавяне на материал, като постепенно се оформя обектът, докато всеки слой се втвърдява. Със сложни вътрешни механизми, преплетени или кухи форми и сложни криви, цифровите инструменти и софтуер играят основна роля в процеса, както при подготовката на файла на обекта, така и при управлението на самия 3D принтер, който може да варира по размер и конфигурация.

Снимка: Gregori Civera, Mehdi Harrak

От академична гледна точка много професионалисти в областта на архитектурата и дизайна, заедно с техните студентски екипи, се ангажират да включат 3D принтирането в образованието чрез сътрудничество с компании, институции и екипи. Въпреки че 3D принтираното строителство се разширява в световен мащаб, въвеждането му в Чили и Латинска Америка се забави поради тежките сеизмични условия и разнообразните климатични зони. В този контекст Групата за адитивно производство за строителството (MACO-UBB) към Universidad del Bío-Bío е успяла да адаптира технологията към местните условия чрез инсталиране на модерно оборудване и сътрудничество с национални компании в областта на строителните иновации. Изпълнението на малка наблюдателна кабина представлява първа стъпка в развитието на 3D принтираното строителство, демонстрирайки напредъка на Universidad del Bío-Bío в това технологично развитие, след разработването на адаптирана на местно ниво смес от материали и строителни компоненти с помощта на промишлен робот.

От друга страна, студентите и специалистите от следдипломната програма по 3D принтиране на архитектура в Institute for Advanced Architecture of Catalonia (IAAC) разработиха проект за приложни изследвания за реализиране на прототипа TOVA в парка Collserola в Барселона, Испания. Като първият земен прототип, направен с помощта на адитивно производство в Ибероамерика, проектът включва перформативни стратегии за проектиране, оформени по време на двуседмично проектно благотворително събрание, на което студентите синтезираха наученото в изследователската фаза, за да достигнат до разработването на компонентите на прототипа. TOVA беше проектиран, като се взеха предвид схематичното оформление, логистиката на времето и радиусът на печат, който екипът от 18 студенти можеше да произведе за 2 месеца.

Снимка: Gregori Civera, Mehdi Harrak

Изграждането на качествени сгради, адаптирани към различни географски и културни условия, остава едно от основните предизвикателства пред 3D принтирането, което демонстрира предимства като намалено време за изпълнение, използване на ресурси, отпадъци, управление и транспорт. Разработването на семинари и лекции по проектиране както за професионалисти, така и за студенти, представлява ценна възможност за проучване и задълбочаване на сътрудничеството между технологии, дисциплини и области на практиката. Отвъд архитектурата, многостранността и гъвкавостта на този технологичен инструмент са очевидни в приложенията му в медицината, автомобилостроенето, модата, гастрономията, производствените индустрии и др.

Чрез експерименти, прототипи и изследвания екипи от студенти в световен мащаб проучват методологии и инструменти за справяне с някои от най-належащите предизвикателства, като намаляване на бедността, възстановяване на селските райони чрез пътища и инфраструктура, екологична криза и намаляване на емисиите на CO₂ в строителството. Например College of Architecture, Art, and Planning at Cornell University наскоро направи значителна стъпка в творческия и критичен отговор на изумрудения ясенов бръмбар – инвазивен вид, опустошаващ местните ясенови дървета в САЩ. в селските райони на щата Ню Йорк университетът проектира пълномащабен прототип на кабина, който интегрира технологии като роботика и 3D принтиране за строителство с използване на дърво и бетон. Лабораторията за роботизирано строителство (RCL) на Корнел разработи персонализирана роботизирана платформа за обработка на ясен, а в отговор на използването на бетон изследователите на Корнел създадоха и пълномащабна система за 3D печат, която работи без кофраж и използва минимално количество бетон.

Снимка: Victor Cárcamo

Друг забележителен случай е изследването и разработването на „Мобилна платформа за роботизирано 3D принтиране на бетон“ и „Система за бързо строителство на бетонни къщи“, ръководени от професор Сю Вейгуо от архитектурния факултет на университета Цинхуа. Тези иновации бяха приложени при отпечатването и изграждането на прототип на къща за нискобюджетни жилища в Африка, в резултат на което 3D отпечатаната бетонна сграда беше завършена в Експерименталната база на Institute of Applied Technology Research Wuxi към Университета Tsinghua. 3D принтираната бетонна къщичка за книги, изработена с помощта на роботи в научно-технологичния парк Baoshan Wisdom Bay в Шанхай, също е проектирана от професор Xu Weiguo и е построена с помощта на принтери и материали, разработени от неговия екип.

В крайна сметка тези прототипи предлагат на архитекти, инженери, студенти и строителни специалисти възможността да експериментират и да затвърдят критичното си мислене, като разгледат редица проекти, проучвания и контексти. Използването на технологиите в архитектурата разкрива една все още развиваща се област, в която ефективността на материалите, скоростта на строителството и наличието на производствени инструменти могат да доведат до персонализиране на творческите проекти, съобразени с индивидуалните нужди и изисквания. Разглеждайки 3D принтирането като интелигентен строителен метод, който може да спести материали, труд и ресурси, трябва да продължим да се питаме: как тази технология ще оформи бъдещата роля на човешката намеса в строителния процес?