Gần đây, thông tin về công nghệ xây nhà bằng in 3D đã lan truyền rộng rãi. Nhờ hiệu quả về chi phí và lợi thế giảm thiểu chất thải, kỹ thuật xây dựng này vượt trội hơn nhiều so với các phương pháp xây dựng truyền thống. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu sơ lược về nhà in 3D, cùng các ví dụ về quy trình in để bạn hiểu rõ hơn về cách tạo ra một ngôi nhà in 3D.
Công nghệ xây nhà bằng in 3D là gì?
Nhà in 3D là một khái niệm đang cách mạng hóa ngành xây dựng, sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các công trình dân dụng. Với sự phát triển của công nghệ xây nhà bằng in 3D, các ngôi nhà không còn chỉ là sản phẩm của công việc xây dựng truyền thống mà đã trở thành những tác phẩm nghệ thuật sáng tạo, mang tính bền vững và tiết kiệm.
Công nghệ xây nhà bằng in 3D sử dụng các máy in đặc biệt, hoạt động dựa trên các bản thiết kế kỹ thuật số như bản vẽ CAD (Computer-Aided Design). Máy in sẽ theo dõi các chỉ dẫn trong bản thiết kế để tạo ra cấu trúc vật lý thông qua việc in dần vật liệu theo từng lớp mỏng. Quá trình này có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau như bê tông, nhựa, hay thậm chí cả kim loại, tùy thuộc vào yêu cầu của công trình.
Một trong những ưu điểm nổi bật của nhà in 3D là khả năng tiết kiệm chi phí và thời gian so với các phương pháp xây dựng truyền thống. Việc xây dựng một ngôi nhà bằng in 3D có thể giảm thiểu lãng phí vật liệu do quy trình này chỉ sử dụng đúng lượng cần thiết. Thời gian xây dựng cũng được rút ngắn đáng kể, từ nhiều tháng xuống chỉ còn vài tuần hoặc thậm chí vài ngày.
Máy in xây dựng 3D chủ yếu tập trung vào việc tạo ra cấu trúc cơ bản của ngôi nhà, như tường và sàn. Sau đó, các thành phần khác như cửa sổ, cửa ra vào và hệ thống điện sẽ được lắp đặt. Điều này giúp tối ưu hóa quá trình xây dựng và cho phép các nhà thiết kế tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và tiện nghi của ngôi nhà.
Ngoài các công trình dân dụng, công nghệ xây nhà bằng in 3D còn được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng các công trình công nghiệp, công cộng và thương mại. Các phần của công trình như tua bin gió cũng có thể được tạo ra bằng công nghệ này, mở ra cơ hội mới cho ngành năng lượng tái tạo.
Quy trình ứng dụng công nghệ xây nhà bằng in 3D
Bước 1: Tạo bản vẽ CAD cho dự án của bạn
Quá trình bắt đầu với việc tạo bản vẽ CAD chi tiết, một bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong quá trình in 3D. Các kiến trúc sư và kỹ sư sử dụng phần mềm CAD để tạo ra thiết kế số, mô phỏng hình dạng và cấu trúc của ngôi nhà. Bản vẽ này chỉ rõ vị trí của các hệ thống quan trọng như cửa ra vào, cửa sổ, hệ thống điện và ống nước.
Phần mềm cắt 3D sau đó chuyển đổi bản vẽ CAD thành các tệp có thể đọc được bởi máy in 3D. Giai đoạn này rất quan trọng vì nó giúp tối ưu hóa việc sử dụng nguyên liệu và thời gian in. Một chương trình phần mềm chuyên dụng sẽ chia nhỏ thiết kế thành các lớp mỏng, tương ứng với các lớp vật liệu sẽ được in.
Bước 2: Chuẩn bị – Vật liệu và lắp đặt máy in
Bước thứ hai trong quy trình là chuẩn bị mặt bằng và lắp đặt máy in 3D. Máy in được vận chuyển đến công trường và được lắp đặt với các thiết bị hỗ trợ như hệ thống bơm và trộn vật liệu. Các thiết bị bảo vệ cũng được thiết lập để đảm bảo an toàn cho người lao động và quá trình in.
Phân tích vật liệu là một phần quan trọng trong bước này. Vật liệu in cần được điều chỉnh dựa trên điều kiện thời tiết và môi trường của khu vực xây dựng để đảm bảo độ bền và tính ổn định của ngôi nhà. Hiện nay, bê tông và vữa là hai loại vật liệu phổ biến nhất trong in 3D xây dựng, nhờ vào đặc tính cường độ cao và khả năng chịu lực tốt.
Bước 3: In tường
Quá trình in bắt đầu với việc máy in theo hướng dẫn từ tệp đã chuyển đổi, đắp từng lớp vật liệu theo thiết kế. Máy in 3D xây dựng thường hoạt động theo nguyên lý từng lớp (layer-by-layer), tạo ra các bức tường của ngôi nhà với độ chính xác cao.
Vòi phun của máy in có thể điều chỉnh để tạo ra các bề mặt mịn hoặc có kết cấu đặc biệt tùy theo yêu cầu thiết kế. Điều này cho phép tùy biến cao trong kiến trúc và thẩm mỹ của ngôi nhà.
Sau khi các bức tường được in xong, quy trình bảo dưỡng bê tông diễn ra để đảm bảo chất lượng và tuổi thọ của công trình. Việc giữ ẩm cho bê tông trong giai đoạn này rất quan trọng để tránh nứt nẻ và đảm bảo bê tông đạt được độ cứng tối ưu.
Bước 4: Cài đặt công nghệ xây nhà bằng in 3D bổ sung
Giai đoạn cuối cùng là hoàn thiện và lắp đặt các hệ thống bổ sung. Khi tường đã khô và đạt đủ độ cứng, các kỹ thuật viên sẽ tiến hành lắp đặt hệ thống điện và ống nước, cũng như các phần tử kiến trúc khác như cửa ra vào và cửa sổ.
Việc tích hợp các hệ thống này cần sự phối hợp chính xác giữa các đội ngũ kỹ thuật để đảm bảo mọi thứ hoạt động trơn tru. Đây cũng là lúc ngôi nhà bắt đầu thể hiện đầy đủ chức năng và thẩm mỹ của mình.
Bước 5: Lợi ích và thách thức
Công nghệ xây nhà bằng in 3D mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí lao động, tiết kiệm nguyên liệu, và giảm thiểu rủi ro tai nạn lao động. Ngôi nhà có thể được hoàn thành trong thời gian ngắn hơn rất nhiều so với phương pháp truyền thống, giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc cho cả nhà thầu và chủ đầu tư.
Tuy nhiên, công nghệ xây nhà bằng in 3D cũng đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm hạn chế về kích thước máy in và khả năng in các chi tiết phức tạp. Việc phát triển vật liệu in mới và cải tiến công nghệ cũng là những yếu tố quan trọng để mở rộng khả năng ứng dụng của in 3D trong xây dựng.
Một ngôi nhà in 3D có giá bao nhiêu?
Giá của một ngôi nhà in 3D có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào nhiều yếu tố như công ty xây dựng, vật liệu sử dụng, vị trí địa lý, quy mô, tiện nghi, và độ phức tạp của thiết kế. Trong bối cảnh này, các nhà phát triển trong và ngoài nước đã báo cáo rằng họ có thể tiết kiệm được chi phí lên tới 30% so với phương pháp xây dựng truyền thống.
Những ngôi nhà in 3D lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường Hoa Kỳ vào đầu năm 2021. Một ví dụ điển hình là ngôi nhà rộng 1.407 foot vuông (tương đương khoảng 130,7 mét vuông), gồm ba phòng ngủ, hai phòng tắm và gara để hai ô tô tại Riverhead, New York. Ngôi nhà này được niêm yết trên Zillow.com với giá 299.999 đô la Mỹ, tương đương khoảng 7 tỷ VND (tùy theo tỷ giá hối đoái hiện tại).
ICON, một công ty xây dựng in 3D nổi tiếng, cho biết họ có thể sản xuất một tòa nhà cỡ nhỏ, rộng từ 600 đến 800 foot vuông (tương đương khoảng 55,7 đến 74,3 mét vuông) với chi phí chỉ 4.000 đô la Mỹ, tương đương khoảng 93 triệu VND trong vòng 24 giờ, theo báo cáo của Business Insider.
Trong phân khúc thị trường cao cấp, giá của các mẫu nhà in 3D có thể vượt quá 1 triệu đô la Mỹ. Một ví dụ là House Zero, ngôi nhà sang trọng theo phong cách trang trại giữa thế kỷ, rộng 2.000 foot vuông (khoảng 185,8 mét vuông) cùng với một đơn vị nhà ở phụ trợ rộng 350 foot vuông (khoảng 32,5 mét vuông). Zillow ước tính giá của khu đất bốn phòng ngủ, ba phòng tắm rưỡi này từ 723.000 đến 908.000 đô la Mỹ (tương đương khoảng 16,8 đến 21 tỷ VND). Tuy nhiên, thiết kế độc đáo và đặc biệt của nó có thể đẩy giá lên mức bảy chữ số.
10 Ví dụ điển hình về Công nghệ xây nhà bằng in 3D
1. BioHome3D
Trung tâm Kết cấu và Vật liệu Composite Tiên tiến của Đại học Maine đã phát triển BioHome3D, một dự án in 3D từ nhựa sinh học và sợi gỗ. Mục tiêu là giải quyết tình trạng thiếu hụt lao động và cung cấp nhà ở giá rẻ. Nguyên mẫu rộng 600 foot vuông, tái chế 100%, được in 3D toàn bộ sàn và mái. Sử dụng vật liệu phân hủy sinh học, nhà một phòng ngủ này có thể theo dõi nhiệt, môi trường, và kết cấu để thu thập dữ liệu cải tiến cho thiết kế tương lai.
2. Ngôi nhà in 3D của Citizen Robotics
Năm 2023, Citizen Robotics đã hoàn thành ngôi nhà in 3D đầu tiên ở Michigan với sự hợp tác thiết kế từ developARCHITECTURE. Ngôi nhà rộng 1000 foot vuông, hai phòng ngủ, được in 3D tại cơ sở Tây Nam Detroit và lắp ráp tại khu phố Islandview. Sử dụng kỹ thuật xây dựng tự động, công ty đã giảm chi phí và vật liệu cần thiết. Dự án này cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi của in 3D trong ngành xây dựng, với mục tiêu tăng cường tiếp cận nhà ở vào năm 2024.
3. Khu dân cư East 17th Street
Tại Austin, Texas, ICON đã xây dựng bốn ngôi nhà in 3D với mặt bằng mở và thiết kế tối giản. Các ngôi nhà từ hai đến bốn phòng ngủ, diện tích từ 1.000 đến 2.000 foot vuông. Sử dụng vật liệu Lavacrete độc quyền, tầng trệt bền bỉ hơn so với vật liệu xây dựng thông thường. Tầng hai dùng tấm ốp kim loại và gỗ, tạo nên bảng màu xanh lá, trắng, đất nung. Tất cả đã được bán, thể hiện sự thu hút của công nghệ xây nhà bằng in 3D.
4. Nhà 1.0
Công ty khởi nghiệp Đan Mạch 3DCP Group đã tạo ra Nhà 1.0 vào năm 2022 chỉ trong năm tuần, trong đó 22 giờ là thời gian in. Ngôi nhà rộng 398 foot vuông tại Hostelbro, Đan Mạch, lấy cảm hứng từ cuộc sống sinh viên với thiết kế tiết kiệm. Với chi phí thấp, dự án sử dụng bê tông và xây dựng không chất thải. Kiến trúc sư Sebastian Aristotelis cho biết đây là minh chứng cho khả năng xây dựng nhanh, tiết kiệm, và thân thiện với môi trường.
5. Nhà Zero
ICON và Lake|Flato đã xây dựng Nhà số 0 tại Austin, Texas, với ba phòng ngủ và hai phòng tắm rưỡi. Ngôi nhà rộng 2.350 foot vuông sử dụng Lavacrete và thép cho cách nhiệt và gia cố. Với thiết kế tiêu thụ năng lượng ròng bằng không, dự án được Time vinh danh trong danh sách Những phát minh tốt nhất năm 2022. ICON đang tiếp tục với dự án Genesis Collection gồm 100 ngôi nhà, hứa hẹn là cộng đồng in 3D lớn nhất tại Mỹ.
6. Kamp C
Kamp C tại Bỉ đã in 3D ngôi nhà demo chỉ trong ba tuần. Sử dụng máy in từ COBOD, ngôi nhà có cường độ nén lớn hơn ba lần so với gạch thông thường. Đây là ngôi nhà hai tầng đầu tiên được xây dựng thành một khối với diện tích 967 foot vuông. Thiết kế bền vững, sử dụng năng lượng từ hệ thống sưởi sàn và trần tiết kiệm, cùng nguồn từ tấm pin mặt trời và máy bơm nhiệt.
7. Mense-Korte
Ngôi nhà in 3D của Mense-Korte tại Beckum, Đức, là ngôi nhà đầu tiên được chính phủ công nhận theo quy định xây dựng. Ngôi nhà ba phòng ngủ, ba phòng tắm, diện tích 1.722 foot vuông, được xây dựng với các bức tường bê tông đúc tại chỗ. Quá trình xây dựng mất gần tám tháng, bao gồm 100 giờ in. Với nội thất hiện đại và công nghệ xây nhà bằng in 3D thông minh, đây là ví dụ về sự kết hợp giữa kỹ thuật tiên tiến và thiết kế thẩm mỹ.
8. Ngôi nhà hùng mạnh thứ tư
Tại Nam California, Ehrlich Yanai Rhee Chaney Architects đã phát triển khu nhà không phát thải ròng, sử dụng quy trình sản xuất theo ngành công nghiệp ô tô của Mighty Buildings. Ngôi nhà rộng 1.171 foot vuông với thiết kế tối giản, được xây dựng trong bốn tháng. công nghệ xây nhà bằng in 3D giảm thiểu chất thải và tạo ra vật liệu composite bền gấp bốn lần bê tông thông thường, thể hiện sự sáng tạo và bền vững trong xây dựng.
9. Dự án Milestone
Tại Eindhoven, Hà Lan, Dự án Milestone đã in 3D năm ngôi nhà bê tông với mục tiêu cung cấp nhà ở hợp pháp. Ngôi nhà đầu tiên rộng 1.011 foot vuông, in trong 120 giờ thành 24 phần riêng biệt. Thiết kế với các cạnh tròn nhẵn và cách nhiệt siêu dày, phù hợp với bối cảnh công nghệ tiên tiến của thành phố. Đây là bước tiến lớn trong việc sử dụng công nghệ xây nhà bằng in 3D.
10. Tecla
Mario Cucinella Architects và WASP đã phát triển Tecla, ngôi nhà sinh khí hậu ít carbon tại Ý. Với 350 lớp đất sét từ lòng sông, Tecla rộng 538 foot vuông và cao 15 foot. Cấu trúc mái vòm với hai cửa sổ trời hoàn toàn từ vật liệu hữu cơ. Quá trình xây dựng mất 200 giờ, trong đó 72 giờ in. Tecla chứng minh khả năng ứng phó với khủng hoảng nhà ở và khí hậu thông qua công nghệ tiên tiến và vật liệu bền vững.
Tiềm năng phát triển
Theo dự báo của Grand View Research, công nghệ xây nhà bằng in 3D sẽ có tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 23,5% trong thập kỷ tới. Điều này cho thấy sự quan tâm ngày càng tăng từ thị trường và tiềm năng phát triển to lớn của công nghệ này. Các ngôi nhà in 3D, với vẻ ngoài độc đáo và cấu trúc có gân, đang thu hút sự chú ý không chỉ của các nhà đầu tư mà còn của các tổ chức lớn như NASA. Cơ quan này đã tài trợ một dự án trị giá 57 triệu đô la để phát triển công nghệ in 3D cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng trên mặt trăng, chứng tỏ khả năng ứng dụng của công nghệ này vượt ra ngoài Trái Đất.
