Công nghệ in bê tông 3D - định hướng phát triển và áp dụng ở Việt Nam

Bài viết sử dụng tiếp cận nghiên cứu tổng quan theo hướng định tính, nhắm tới mục đích giới thiệu công nghệ, chỉ ra tiềm năng, thách thức và phân tích những điểm nổi bật mà công nghệ này có thể thay đổi tích cực ngành xây dựng Việt Nam. Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, một nghiên cứu tổng quan đã được thực hiện dựa trên các bài báo khoa học được xuất bản trong tạp chí quốc tế uy tín.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ in bê tông 3D - định hướng phát triển và áp dụng ở Việt Nam Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng NUCE 2018. 12 (6): 49–56 CÔNG NGHỆ IN BÊ TÔNG 3D - ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM Lưu Văn Thựca,∗, Trần Quang Dũnga , Nguyễn Thị Diệu Thùyb a Khoa Xây dựng Dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, Trường Đại học Vinh, 182 đường Lê Duẩn, thành phố Vinh, Nghệ An, Việt Nam Nhận ngày 10/09/2018, Sửa xong 24/09/2018, Chấp nhận đăng 28/09/2018 Tóm tắt Công nghệ in 3D là một công nghệ hiện đại cho phép tự động sản xuất các sản phẩm với cấu trúc phức tạp trực tiếp từ mô hình 3D dưới sự hỗ trợ của máy tính. Tiềm năng ứng dụng của công nghệ này trong lĩnh vực xây dựng được đánh giá là rất lớn với mục đích cải tiến công nghệ xây dựng truyền thống, giảm nhu cầu nhân lực, tăng hiệu quả đầu tư dự án, giảm lượng rác thải và hướng tới phát triển bền vững. Bài báo sử dụng tiếp cận nghiên cứu tổng quan theo hướng định tính, nhắm tới mục đích giới thiệu công nghệ, chỉ ra tiềm năng, thách thức và phân tích những điểm nổi bật mà công nghệ này có thể thay đổi tích cực ngành xây dựng Việt Nam. Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, một nghiên cứu tổng quan đã được thực hiện dựa trên các bài báo khoa học được xuất bản trong tạp chí quốc tế uy tín. Qua đó, bài báo đề xuất các định hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm thúc đẩy tính khả thi của công nghệ trong bối cảnh xây dựng Việt Nam. Từ khoá: in bê tông 3D; kỹ thuật đắp dần; thi công tự động; công nghệ in. 3D CONCRETE PRINTING TECHNOLOGY - DEVELOPMENT ORIENTATION AND APPLICATION IN VIET NAM Abstract 3D concrete printing technology is a modern technology that allows to manufacture complex-structural products automatically from a 3D computer-aided design model. The application of this technology in the construction field provides much benefit for construction projects such as reducing labor demand, increasing the project efficiency, minimizing material wastage etc. Furthermore, application of this technology is suitable for the trend of sustainable development in construction field. This paper aims at introducing the 3D concrete printing technology along with its application potentiality and challenge in Vietnam. Besides, through the analysis of the outstanding advantages of this technology, this paper demonstrates that the application of the 3D concrete printing will enhance the development of construction filed in Vietnam. Finally, further research is proposed to facilitate the application of the 3D concrete printing in the Vietnam construction context. In order to achieve the objectives, the author performs a comprehensive study of international journal papers, report and relative studies etc. Keywords: 3D concrete printing; additive manufacturing; digital construction; printing technology. c 2018 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) https://doi.org/10.31814/stce.nuce2018-12(6)-06 ∗ Tác giả chính. Địa chỉ e-mail: thuclv@nuce.edu.vn (Thực, L. V.) 49 Thực, L. V. và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 1. Tổng quan Sau hơn 25 năm nghiên cứu, phát triển và ứng dụng, làn sóng in 3D đã tràn sang hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống như không gian vũ trụ, y học, dược phẩm, ô tô và tiếp tục phát triển với các kỹ thuật và ứng dụng mới [1]. In bê tông 3D là một ứng dụng của công nghệ này, đã và đang được nghiên cứu cũng như áp dụng trong thực hành sản xuất. Công nghệ thi công bê tông truyền thống đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức. Theo [1, 2] công tác ván khuôn chiếm gần 40% chi phí thi công bê tông, tạo ra gần 80% lượng rác thải trên thế giới. Sản phẩm xây dựng tạo ra một lượng lớn khí thải, các sản phẩm xi măng tạo ra gần 5% khí CO2 [3]. Bên cạnh đó, công nghệ thi công truyền thống tạo ra các thực thể đơn điệu, kiến trúc bị giới hạn, ván khuôn phức tạp và nguồn nhân lực lớn [1–3]. Ngành xây dựng có tỷ lệ tử vong và các bệnh nghề nghiệp cao nhất trong các ngành công nghiệp [4]. Đồng thời, quá trình thi công truyền thống bao gồm nhiều bước chiếm một lượng thời gian lớn [2] và tiêu tốn năng lượng. Công nghệ in bê tông 3D có tiềm năng giải quyết được các thách thức mà ngành xây dựng đang phải đối mặt. Các nghiên cứu ở lĩnh vực hàng không đã chỉ ra công nghệ in 3D có thể giảm chi phí xây dựng, mở ra cuộc cách mạng mới thay đổi căn bản cách thức xây dựng hiện tại, từ ý tưởng, kiến trúc, kết cấu đến thi công và thị hiếu khách hàng. Số lượng nghiên cứu về công nghệ này ngày càng tăng [3], hiểu biết về mối quan hệ giữa vật liệu, cách thức thiết kế, quy trình thi công của công nghệ này ngày càng được sáng tỏ. Bài báo sử dụng tiếp cận nghiên cứu tổng quan theo hướng định tính. Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, một nghiên cứu tổng quan đã được thực hiện dựa trên các bài báo khoa học được xuất bản trong tạp chí quốc tế uy tín. Quá trình tìm kiếm sử dụng các từ khóa “công nghệ in bê tông 3D”, “kỹ thuật đắp dần” và “thi công tự động”. Tiến hành phân tích tài liệu thu thập được trên các khía cạnh gồm: nguyên lý in bê tông 3D, các kỹ thuật in, tiềm năng, thách thức và ứng dụng thương mại. Việt Nam là một nước đang phát triển, nền kinh tế và khoa học kỹ thuật còn non trẻ. Do đó việc phát triển công nghệ in bê tông 3D cần được đầu tư, nghiên cứu để tăng tính ứng dụng, nhất là cần đúc kết các bài học kinh nghiệm từ các nước đi trước để tìm ra hướng đi phù hợp với điều kiện đặc thù xây dựng Việt Nam. Mục tiêu nghiên cứu của bài báo là giới thiệu công nghệ in bê tông 3D, chỉ ra tiềm năng, thách thức và ứng dụng trong lĩnh vực xây dựng. Qua đó, bài báo đề xuất các định hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm thúc đẩy tính khả thi của công nghệ này trong bối cảnh xây dựng Việt Nam. 2. Công nghệ in bê tông 3D 2.1. Nguyên lý của công nghệ in bê tông 3D Công nghệ in bê tông 3D được biết đến với kỹ thuật đắp dần (AM) là một công nghệ mới sản xuất các kết cấu 3D trực tiếp từ mô hình số bằng cách đắp liên tiếp các lớp vật liệu. Hiệp hội thí nghiệm và vậ ...