Nyomtatott épületek hatása
az építésgazdaságra

Definíció

A 3D nyomtatás, az építészetben a szerkezetek fizikai modelljeinek háromdimenziós nyomtatóval történő előállítására szolgáló folyamatot jelenti. A folyamat során, egy számítógépes tervezőprogram (CAD) segítségével létrehozzák az épület vagy a szerkezet 3D modelljét, majd elküldik a 3D nyomtatónak, amely rétegről rétegre fizikai modellt készít a kapott adatokból. Az építészeknek lehetőségük nyílik ezzel a módszerrel különböző tervek egyszerűbb tesztelésére, illetve hatékonyabban tudnak kommunikálni ötleteikről a megrendelőkkel. 

Történet

A 3D háznyomtatás az építőiparban forradalmasítja az épületek tervezését és építését. Ez egy olyan technológia, amely lehetővé teszi, hogy az építőipari szakemberek egyre hatékonyabb és olcsóbb módon hozzanak létre minőségi épületeket. A 3D nyomtatás története azonban nem egyik napról a másikra jött létre, hanem számos fontos szereplő és fejlesztés eredményeként.

Története az 1980-as években kezdődött, amikor az additív gyártás lehetőségeit vizsgálták. Az additív gyártás során az anyagokat egymásra rakják, hogy egy 3D modellt hozzanak létre. Az additív gyártás számos különböző módszert fejlesztett ki, beleértve a fúziós eljárást, a lézeres szinterezést és az elektronnyomtatást. Az 1990-es években a számítógépes tervezés és az additív gyártás együttes használatával lehetővé vált az alkatrészek és prototípusok készítése. Az 1990-es évek végére az 3D nyomtatás már gyakran alkalmazott módszer lett az iparban.

Az első 3D nyomtatott házat az Egyesült Államokban, a University of Southern California építette meg 2013-ban. Ezután következett a hollandiai Eindhoven Technológiai Egyetem által készített 3D nyomtatott betonház, majd a kínai WinSun cég által felépített 5 emeletes 3D nyomtatott betonház. A kínai Winsun cég a világ legnagyobb épületelem-nyomtatóját fejlesztette ki, amely a világ számos országában alkalmazható. Ezek az innovatív projektek bizonyították a 3D háznyomtatásban rejlő lehetőségeket, és megnyitották az utat a további fejlesztések előtt.  

A jövőben a 3D háznyomtatás szerepe és jelentősége egyre inkább növekedni fog, és a technológia valószínűleg a lakóépületek, az irodák és az egyéb épületek építésének általános megoldásává válik. A 3D nyomtatott épületek gyorsabbak, hatékonyabbak, gazdaságosabbak és fenntarthatóbbak lehetnek, így a 3D háznyomtatás elterjedése a jövőben hozzájárulhat az építőipar átalakulásához és fejlődéséhez. A jövőben a 3D háznyomtatás szerepe és jelentősége egyre inkább növekedni fog, és a technológia valószínűleg a lakóépületek, az irodák és az egyéb épületek építésének általános megoldásává válik. A 3D nyomtatott épületek gyorsabbak, hatékonyabbak, gazdaságosabbak és fenntarthatóbbak lehetnek, így a 3D háznyomtatás elterjedése a jövőben hozzájárulhat az építőipar átalakulásához és fejlődéséhez.

Fontos személyek

Behrokh Khoshnevis: Az amerikai születésű iráni származású mérnök és professzor az USC Viterbi Mérnöki Karán dolgozik, ahol ő fejlesztette ki a Contour Crafting technológiát, mely lehetővé teszi az 3D nyomtatással készült házak gyors és hatékony építését. Contour Crafting - Az amerikai professzor, Behrokh Khoshnevis által alapított vállalat, amely az építőipari 3D nyomtatástechnológia egyik legkorábbi és legismertebb szereplője. A Contour Crafting azóta is dolgozik azon, hogy a technológiájukat továbbfejlesszék, és nagyobb szabványosítás és szélesebb körű alkalmazás révén a világ számos részén segítséget nyújtsanak az építési folyamatokban.

Fontos vállalatok is, melyek hozzájárultak a 3D nyomtatás fejlődéséhez: WinSun, DUS Architects, Enrico Dini, Cazza, CyBe Construction, ICON, Apis Cor, Foster + Partners, BOD2, COBOD, SQ4D 

A lényeg rövid bemutatása

A nyomtatott házak technológiai igényének kielégítése miatt, már korábban is lehetőség lett volna az új típusú építésmódra, ám a beton szilárdulása nem tette lehetővé a gyors építés megvalósítását. A módszer akkor vált működőképessé, amikor feltalálták a geopolimer betont (2012). E beton alapanyagaként használható például üveghulladék, téglapor vagy a pernye, tehát hulladéknak ítélt anyagokból ezzel a technológiával épületeket tudunk létrehozni. A geopolimer beton néhány másodperc alatt szilárdul meg, a hagyományos beton-bedolgozási módszerrel szemben nem szükséges nagy mennyiségű víz anyaghoz adása. Tűzvédelmileg igen kedvező tulajdonsággal bír: 2 órán keresztül 1000 C° foknak ellenáll, mely négyszerese a mai minimumkövetelménynek. A 3D nyomtatott házak jelentősége azokban a potenciális előnyökben rejlik, amelyeket a technológia a költségek, a fenntarthatóság, a testreszabhatóság, a gyorsaság és a hozzáférhetőség tekintetében kínál. Fontos azonban megjegyezni, hogy a 3D nyomtatott házak építési módja viszonylag új technológia, és egyelőre vannak megoldandó kihívások, (például szabályozási kérdések, illetve a gyártás méretnövelése a kereslet kielégítése érdekében).

Összefoglaló, az építésgazdasági hatások kiemelése

Pozitív hatások: 1. Csökkentett építési idő: Az épületelemek egyenként kinyomtathatók, ez az eljárás sokkal gyorsabb, mint a hagyományos építési módszerek. 2. Fokozott energiahatékonyság: Az optimalizált szerkezetek alacsonyabb energiaköltséget eredményeznek. 3. Fokozott tervezési rugalmasság: Az összetett, egyedi formák által funkcionálisabb, esztétikusabb épületek jöhetnek létre. 4. Csökkentett hulladék és fenntarthatóság: A felhasznált anyagmennyiség pontosabban szabályozható, ezáltal csökken a környezetterhelés és nő az anyaghatékonyság. 5. Fokozott méretezhetőség: A 3D nyomtatással szinte bármilyen méretű épület készíthető, ez előre mozdíthatja a rugalmasságot az építőiparban. 6. Alacsonyabb építési költségek: Kevesebb emberi erőforrást és időt igényel. 7. Alacsonyabb karbantartási költségek: Mivel a 3D nyomtatott épületek jellemzően tartósabbak és erősebbek. 8. Innováció: Az egyedi és kreatív megjelenés lehetőséget ad a tervezők új ötleteinek bemutatására. 9. Olcsó, élhető lakások: Az alacsonyabb építési költségek, a rövidebb építési idő megfizethetőbbé teheti a lakhatást.

Negatív hatások: 1. Magas kezdeti költségek: A berendezések, anyagok beszerzése, az összes szükséges folyamat elvégzése költséges lehet. 2. Korlátozott méret és tervezési lehetőségek: A szerkezeteket nyomtathatóvá kell tenni a gép által. 3. Korlátozott anyagválaszték: Csak a nyomtató által elfogadott anyagok használhatók. 4. Szakképzett munkaerő hiánya: Olyan munkaerőre van szükség, aki ismeri az ilyen szerkezetek tervezését és nyomtatását. 5. Alacsonyabb minőségű építőanyagok: Ez rövidebb élettartamot eredményezhet. 6. Szabályozási kérdések: Az építésfelügyeleti hatóságok nem rendelkeznek elegendő tapasztalattal a 3D nyomtatott épületekkel kapcsolatban, mely hosszabb jóváhagyási folyamathoz vezethet.

Sztorik, érdekességek

2020-ban megépült a világ legnagyobb 3D nyomtatott háza Szaud-Arábiában. Az épület 9,5 méter magas, 2 emeletes, és összesen 640 m2 alapterületű. Az építés során összesen két eszközt használtak: a speciális 3D nyomtatót, és egy darut, amivel a nyomtatót mozgatni tudták. Ez nagy lépés volt a 3D nyomtatás történetében, hiszen bebizonyították, hogy nagyban is lehet gondolkozni olcsó költségvetéssel és helyi alapanyagok használatával.

Mexikó déli részén Tabascóban egy szintén nagyszabású projekt vette kezdetét, ahol a New Story és az Icon összefogásával megtervezték az első teljesen 3D nyomtatott faluját. Ez a világ első olyan faluja, amely nyomtatott házakból épül. Ezt a projektet azért alapították, hogy lakhatást biztosítsanak a mély szegénységben élőknek egy gyors, költséghatékony technológia segítségével. 50 db 46 m2-es otthon készül, amiből az első két épületet mindössze 24 óra alatt építettek fel. A házak 2 hálószobából, 1 nappaliból, 1 konyhából és egy fürdőszobából állnak. A készítés során a helyi viszonyokat is figyelembe vették, így a házak földrengésbiztosra épültek meg, valamint minden beköltöző család személyre szabott kéréseit is figyelembe vették. 

A nyomtatott házak jövője pedig maga a világűr. 2017-ben megalapult az AI SpaceFactory, aminek célja, hogy 3D nyomtatás segítségével épületeket építhessünk más bolygókra is. Marsha nevű projektjükkel meg is nyerték a NASA űrlakótelep pályázatát. Kétféle lakóházat is terveztek, egyiket leginkább a Holdra, ami egy bunkerszerű építmény, ez a magasabb sugárzást is kibírja. Másik a Világítótorony, ami már egy emeletes építmény a Marsra tervezve. Mindkét épületet a bolygón megtalálható anyagokból képesek felépíteni. Ezeken kívül más egyéb tervek is születtek 3D nyomtatással más bolygókra, az Arkansas architect’s, Kahn-Yates csapata, a SEArch+ és a Northwestern University is tervezett NASA által elismert épületeket.

Statisztikák, a terület számokban

Ezen a területen nehéz statisztikai adatokat találni, hiszen ez egy nagyon új, és nagyon gyorsan fejlődő ágazat, aminek még nem születtek konkrét adatai. Mindemellett ez a technológia világszerte elismert lett, Németországból indulva már bejárta az egész földet. Eljutott Kínáig, Oroszországig, Mexikóig, megjelent már Az Egyesült Államokban, Kanadában és még Ausztráliában is.

Mesterséges intelligencia véleményezése

A ChatGPT általános, átfogó képet ad egy adott témáról. Ha nem rendelkezünk előzetes ismeretekkel a témáról, akkor a mesterséges intelligencia használata még a tényleges kutatómunka megkezdése előtt hasznos lehet. Ezt követően érdemes utánanézni az általa közölt információknak, mivel válaszai nem mindig pontosak. Gyorsan válaszol a kérdéseinkre, ellenben mondatai gyakran magyartalanok és szóismétlésekkel vannak tele. Mielőtt használhatóvá válik a szöveg, átfogalmazást igényel. Így kérdésessé válik, hogy valóban gyorsabb, hatékonyabb a mesterséges intelligencia használata, bár a kutatómunka java részét így is elvégzi helyettünk. Nehézséget okoz továbbá az általa közölt szöveg lehivatkozása, hiszen nem tudjuk, hogy honnan, hány helyről gyűjti az információkat.
  Érdekességképpen megkérdeztük a ChatGPT-t, hogy véleményezze saját magát: „A ChatGPT-nek számos előnye van, például a képessége, hogy válaszoljon kérdésekre, nyújtson információkat, megoldásokat kínáljon problémákra, vagy csak egyszerűen párbeszédet folytasson. A modell sokféle témában tájékozott lehet és alkalmas lehet különböző hasznos feladatok elvégzésére.

Ugyanakkor fontos megjegyezni, hogy a ChatGPT-nek is megvannak a korlátjai. A válaszai nem mindig pontosak vagy megbízhatóak, és bizonyos esetekben téves vagy félreértett információkat is adhat. A modell nem rendelkezik valós időben frissülő tudással, és nem képes kritikusan gondolkodni vagy önállóan értelmezni a tartalmat. Emiatt mindig ajánlott körültekintően használni és ellenőrizni az általa szolgáltatott információkat.”

Szakirodalom, web

Az IEEE Xplore Digital Library linkje: https://ieeexplore.ieee.org/ (utolsó elérés: 2023.04.05)

A ScienceDirect linkje: https://www.sciencedirect.com/ (utolsó elérés: 2023.04.05)

Az ICON honlapja: https://www.iconbuild.com/ (utolsó elérés: 2023.04.11)

A Winsun honlapja: http://www.yhbm.com/ (utolsó elérés: 2023.04.11)

Az Open Building Institute honlapja: https://www.openbuildinginstitute.org/ (utolsó elérés: 2023.04.16)

Az Apis Cor honlapja: https://apis-cor.com/en (utolsó elérés: 2023.04.22)

A Mighty Buildings honlapja: https://www.mightybuildings.com/ (utolsó elérés: 2023.04.22)

Az Architecture Digest linkje: https://www.architecturaldigest.com/ (utolsó elérés: 2023.04.29)

A Dezeen linkje: https://www.dezeen.com/ (utolsó elérés: 2023.04.29)

A New Atlas linkje: https://newatlas.com/ (utolsó elérés: 2023.05.03)

A 3D Printing Industry linkje: https://3dprintingindustry.com/ (utolsó elérés: 2023.05.05)

Reddit: https://www.reddit.com/r/3Dprinting/ (utolsó elérés: 2023.05.12)

3D Printing Forum: https://3dprintboard.com/forum.php (utolsó elérés: 2023.05.12)

3D Printing Industry Forum: https://forum.3dprintingindustry.com/ (utolsó elérés: 2023.05.20)

The world's tallest 3D printed building | COBOD International (utolsó elérés: 2023.05.20)

Mexikóban egy egész falut nyomtatnak ki, és az első házak már fel is épültek - Raketa.hu (utolsó elérés: 2023.05.21)

Team Kahn-Yates | NASA (utolsó elérés: 2023.05.26)

NASA backs designs for 3D-printed homes on Mars (thespaces.com) (utolsó elérés: 2023.05.26)

A tanulmányt készítette: Fetter Anna, Lantos Regina Laura, Magyari Kincső Eszter, Petrák Zita