Ứng dụng công nghệ in 3D trong chế tạo vật liệu xây dựng tính năng cao

Mới đây, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Vật liệu xây dựng (VIBM) - Bộ Xây dựng hoàn tất và thành công nhiệm vụ khoa học công nghệ "Nghiên cứu ứng dụng công nghệ in 3D trong chế tạo vật liệu xây dựng tính năng cao".

Tiến sỹ Lê Trung Thành - Viện trưởng VIBM cho biết, lịch sử phát triển xây dựng kết cấu công trình sử dụng vật liệu bê tông luôn phải gắn liền với hạn chế kỹ thuật cố hữu - phải sử dụng hệ thống ván khuôn để đổ hỗn hợp bê tông tươi vào, chờ bê tông đóng rắn, có khả năng chịu lực mới được dỡ ván khuôn.

Nhược điểm này càng bộc lộ hạn chế khi phải chuẩn bị ván khuôn, máy móc thiết bị phục vụ thi công những công trình có nhiều ý tưởng độc đáo và có tính thẩm mỹ cao.

Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ hiện nay, các hạn chế cố hữu của kỹ thuật xây dựng với vật liệu bê tông hoàn toàn có thể được giải quyết bằng công nghệ in 3D bê tông. Đây là một kỹ thuật chế tạo đắp lớp; trong đó vật liệu được kết nối với nhau theo từng lớp để hình thành nên vật thể cần gia công từ dữ liệu mô hình thiết kế 3D.

Theo Tiến sỹ Lê Trung Thành, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ in 3D trong chế tạo vật liệu xây dựng tính năng cao mang tính cấp thiết cả về nghiên cứu khoa học lẫn thực tiễn, góp phần hiện thực hóa chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ tại Chỉ thị số 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 cũng như Kế hoạch hành động của ngành xây dựng về tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0, đẩy mạnh ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ vào phát triển kinh tế - xã hội, tăng cường hội nhập quốc tế.

Mục tiêu đặt ra là thiết kế và chế tạo máy in 3D bê tông có khả năng in được kết cấu, sản phẩm tối đa tới 2m; làm chủ được quy trình công nghệ in 3D để ứng dụng chế tạo cấu kiện bê tông tính năng cao; thiết kế cấp phối vật liệu đạt các tính năng phù hợp để ứng dụng trong máy in 3D bê tông; ứng dụng công nghệ in 3D bê tông để chế tạo một số cấu kiện bê tông tính năng cao.

Trong quá trình nghiên cứu và tiến hành thử nghiệm thực tế, hiệu quả kinh tế của thi công bằng phương pháp in 3D trong nghiên cứu tương đương với kết quả đánh giá hiệu quả kinh tế đã công bố của một số công ty, tổ chức nghiên cứu quốc tế.

Chi phí thi công căn nhà nhỏ (dạng thấp tầng) bằng công nghệ in 3D thấp hơn nhiều so với phương pháp thi công truyền thống. Giá thành của kết cấu tường theo phương pháp in 3D bê tông cũng giảm so với các phương pháp khác do công nghệ này không cần dùng hệ cột bê tông cốt thép, nên giảm các chi phí về ván khuôn, lắp dựng ván khuôn.

Thậm chí, công nghệ in 3D bê tông cũng hoàn toàn có thể tạo ra các cột trụ cho kết cấu tường bằng cách in khuôn cho các cột trước, sau đó đặt thép và bơm bê tông vào sau - Tiến sỹ Lê Trung Thành dẫn chứng.

Bên cạnh đó, công nghệ in bê tông 3D còn có ưu điểm nổi bật là khả năng linh hoạt trong kiến trúc mà các công nghệ xây dựng các loại tường truyền thống rất khó thực hiện.

Chính vì vậy, công nghệ in bê tông 3D sẽ rất phù hợp cho các công trình có kiến trúc phức tạp và tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu quả về khả năng cách âm, cách nhiệt so với kết cấu tường đặc, do kết cấu tường in 3D có phần rỗng ở giữa kết hợp với lớp tường trong và lớp tường ngoài ở hai bên.

Để tăng cường độ hoặc tăng hiệu quả cách âm, cách nhiệt cho kết cấu tường, phần rỗng của tường in 3D hoàn toàn có thể làm đầy bằng các loại vật liệu nhẹ như bê tông bọt, bọt xốp PU hoặc các loại tro xỉ nhẹ.

Thời gian tới, để tiếp tục phát triển và ứng dụng rộng rãi công nghệ in 3D bê tông vào công trình xây dựng tại Việt Nam, VIBM kiến nghị tiếp tục một số nghiên cứu về độ chính xác và tính ổn định trong chế tạo hệ thống thiết bị in 3D bê tông cũng như điều khiển tự động trong quá trình in 3D bê tông đối với các cấu kiện và công trình xây dựng; bố trí cốt thép cho các cấu kiện và công trình xây dựng trong quá trình in 3D bê tông; tính toán thiết kế kết cấu các cấu kiện và công trình được sản xuất và xây dựng bằng công nghệ in 3D bê tông...

Kết quả nghiên cứu này là bước đi đồng bộ về nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ in 3D bê tông đầu tiên tại Việt Nam, góp phần đặt nền móng vững chắc cho việc đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật cao trong ngành xây dựng, giúp nâng cao năng suất lao động và hiệu quả sản xuất, đặc biệt rút ngắn tiến độ, nâng cao chất lượng và giảm giá thành công trình./.