ابتكار البناء المستدام: الطباعة ثلاثية الأبعاد تُحدث ثورة في صناعة الخرسانة!

ابتكار البناء المستدام: الطباعة ثلاثية الأبعاد تُحدث ثورة في صناعة الخرسانة!

تواجه صناعة البناء والتشييد التحدي الملح المتمثل في تقليل استهلاك الموارد وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير. الحل الواعد في هذا السياق هو البحث في معهد تكنولوجيا الجسيمات في جامعة براونشفايغ التقنية وفي جامعة ميونيخ التقنية. وينصب التركيز هنا على تطوير مواد صديقة للبيئة، مع التركيز بشكل خاص على تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد "Selective Paste Intrusion" (SPI). وتهدف هذه الطريقة المبتكرة إلى استعادة الجزيئات المعاد تدويرها من الخرسانة المعاد تدويرها من المباني المهدمة، مما قد يؤدي إلى بناء أكثر استدامة على المدى الطويل.

تُحدث تقنية SPI ثورة في البناء الخرساني من خلال توزيع الركام في طبقات رقيقة وربطها بمعجون الأسمنت. يعد الفهم العميق لتكنولوجيا الجسيمات أمرًا بالغ الأهمية لتحسين كفاءة الطاقة والاستدامة في البناء. تتكون الخرسانة الطازجة من الماء والأسمنت والركام مثل الرمل والحصى. ومع ذلك، فإن إعادة تدوير الخرسانة مهمة معقدة لأن حبيبات الصخور متصلة بواسطة مصفوفة الأسمنت.

التكسير الميكانيكي واستخدام الخرسانة المعاد تدويرها

يتم استخدام طريقتين للتكسير الميكانيكي لتحضير الخرسانة: أولاً، صدم الجسيمات على سطح صلب، وثانيًا، إجهاد الضغط والقص بين سطحين، مع تفضيل الأخير. يتيح التفتيت الانتقائي تفتيت المادة بطريقة خاضعة للرقابة، مما يترك حبيبات الصخور سليمة. بعد التكسير، يتم تصنيف الجزيئات وتنظيفها بحيث يمكن إعادة استخدام الركام الخشن لإنتاج مواد بناء جديدة. من ناحية أخرى، يمكن استخدام جزيئات الأسمنت الدقيقة كمادة مضافة في معجون الأسمنت. ومع ذلك، فإن اللوائح الصارمة بشأن إعادة استخدام الخرسانة المعاد تدويرها غالبًا ما تقف في طريق الاستخدام الفعال للمواد القيمة.

وهنا يأتي دور تقنية SPI من خلال إنشاء دورة مستدامة وإتاحة فرصة ثانية للمواد المهملة. يمكن أن يؤدي هذا النهج إلى تغييرات كبيرة طويلة المدى في صناعة البناء والتشييد.

SPI وتطبيقه في الممارسة العملية

قدمت شركتا Scawo3D وSkeno تقنية SPI في BAU 2025 في ميونيخ. تستخدم طريقة الطباعة الخرسانية ثلاثية الأبعاد المبتكرة رأس طباعة نفث الحبر الجديد الذي يقوم بترسيب معجون الأسمنت داخل الركام السائب لتحقيق الهياكل المعقدة بشكل فعال. يتيح تكامل أدوات التصميم بمساعدة الكمبيوتر مثل Spherene for Rhino/Grasshopper إنشاء أشكال هندسية دقيقة وتحسين الأداء الهيكلي. خلال المعرض التجاري، لم يكن جناح المعرض بمثابة عرض توضيحي فحسب، بل أيضًا كمثال بحثي لتطبيقات SPI في الهياكل الحاملة.

يتميز الجناح، الذي تبلغ مساحته 25 مترًا مربعًا وجدرانه الخلفية بارتفاع 3 أمتار، بهياكل Spherene مقسمة إلى ست وحدات يتراوح وزنها بين 150 و320 كجم. تم تقسيم الجدار المركزي الذي يحمل شعار Scawo3D لضمان النقل الفعال. بالإضافة إلى ذلك، تم تقديم درج مطبوع ثلاثي الأبعاد بالتعاون مع سكينو وتيمو هاربو، مما يدل على قدرة SPI على إنتاج هياكل معقدة وحاملة. تضمنت العملية برمتها طبقة جسيمات كبيرة (4 × 2.5 × 1.5 متر) واتبعت تقنية طبقة تلو الأخرى من أجل الدقة.

تعمل طريقة التصنيع السريع لتقنية SPI على تقليل وقت الإنتاج وتقليل هدر المواد مقارنة بطرق البناء الخرسانية التقليدية. بالنسبة لمنصة BAU 2025، تمت طباعة الألواح الخلفية في جلسة واحدة مدتها ست ساعات فقط، باستخدام مادة الطين الممدد خفيفة الوزن. تم إنتاج المكونات المتبقية خلال أربع ساعات باستخدام الركام الرملي المحتوي على الكوارتز. تُظهر طرق التصنيع المتقدمة هذه بقوة إمكانات SPI وأدوات التصميم بمساعدة الكمبيوتر لإعادة تعريف الإمكانيات المعمارية وتعزيز ممارسات البناء المستدامة. يمثل التعاون بين Scawo3D وSkeno وSpherene تقدمًا كبيرًا في مجال التصنيع الرقمي في الهندسة المعمارية الخرسانية.