Apakah Industri Konstruksi Siap untuk Pencetakan 3D? (Pembaruan 2020)

Sumber foto:Teknologi Cabang

Industri konstruksi mungkin merupakan industri terbaru yang mengadopsi pencetakan 3D sebagai teknologi manufaktur yang layak. Namun teknologi ini memiliki potensi besar untuk mengubah industri dengan mengurangi waktu dan biaya produksi, sekaligus menawarkan fleksibilitas desain dan tingkat keberlanjutan yang tinggi.

Seperti yang disorot dalam Bagan Kematangan kami, yang mengeksplorasi bagaimana pencetakan 3D berkembang di seluruh industri, pencetakan 3D dalam sektor konstruksi tetap merupakan pendekatan yang relatif baru, dan ada sejumlah tantangan yang harus diatasi sebelum dapat diadopsi secara luas.

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang keadaan pencetakan 3D saat ini di industri konstruksi, kita akan menjelajahi manfaat dan teknologi pencetakan 3D utama yang tersedia untuk insinyur dan arsitek dan proyek pencetakan 3D paling menarik dalam konstruksi.

Bagaimana industri konstruksi dapat memperoleh manfaat dari pencetakan 3D?

Industri konstruksi mulai merangkul pencetakan 3D pada saat sektor ini secara agresif mencari solusi untuk mengatasi sejumlah tantangan.

Salah satunya adalah minimasi limbah konstruksi. Misalnya, limbah konstruksi menyumbang sekitar 30% dari semua limbah yang dihasilkan di UE.

Selain itu, para insinyur dan arsitek semakin menghadapi keterbatasan dalam kebebasan desain yang dikemukakan oleh proses pengecoran.

Masalah lain melibatkan kelemahan pembuatan bekisting di lokasi kerja dan hambatan dalam mengangkut berbagai bahan dari satu lokasi ke lokasi lain.

Menggunakan pencetakan 3D dalam industri konstruksi dapat membantu memecahkan beberapa masalah ini dengan menawarkan kebebasan desain dan tingkat keberlanjutan dan otomatisasi yang lebih tinggi.

Fleksibilitas desain 

Pencetakan 3D menyediakan ruang lingkup yang besar untuk inovasi dan kreativitas bagi para arsitek, insinyur, dan desainer. Desain rumit dan lekukan yang tidak mungkin dilakukan dengan metode konstruksi tradisional dapat dibangun menggunakan teknik ini.

Mengurangi limbah material

Pengurangan limbah material adalah manfaat lain, karena Additive Manufacturing (AM) membangun bagian-bagian lapis demi lapis, menggunakan jumlah bahan yang tepat yang dibutuhkan untuk proyek tersebut. Hal ini dapat memberikan dampak lingkungan yang positif, terutama karena pencetakan 3D dapat menggunakan bahan daur ulang dan bahan-bahan lokal.

Pengurangan pekerjaan manual 

Menggunakan printer 3D otonom atau semi-otonom dalam konstruksi dapat mengurangi pekerjaan manual yang padat karya. Otomatisasi proses pencetakan juga berarti mengurangi kemungkinan kesalahan manusia atau kecelakaan dan cedera di lokasi konstruksi.

Konstruksi lebih cepat 

Beberapa printer 3D konstruksi dirancang untuk bekerja di lokasi. Ini membantu menghilangkan beberapa langkah yang memakan waktu, seperti membuat bekisting pracetak.

Dalam konstruksi, bekisting mengacu pada cetakan sementara di mana beton dituangkan dan dibentuk. Bekisting digunakan untuk membuat apa saja mulai dari jembatan hingga fondasi dan dinding bangunan dan biasanya dibuat secara manual.

Saat ini, ada beberapa perusahaan yang menawarkan printer 3D yang dapat digunakan untuk langsung membangun dinding di tempat, tanpa menggunakan bekisting. Ini mengarah pada proses konstruksi yang dipercepat secara signifikan, yang juga diuntungkan dari pengurangan biaya transportasi bekisting ke lokasi konstruksi.

Teknologi pencetakan 3D untuk sektor konstruksi

Bergantung pada aplikasinya, beberapa metode AM yang berbeda dapat digunakan dalam konstruksi:

Ekstrusi beton

Salah satu metode utama yang digunakan adalah ekstrusi pasta, yang melibatkan penggunaan lengan robot atau derek yang dilengkapi dengan nozzle untuk mengekstrusi beton dalam bentuk pasta ke platform bangunan.

Ini menciptakan kontur bangunan lapis demi lapis, menyerupai teknologi Fused Filament Fabrication (FFF) plastik yang populer.

Perintis awal proses ekstrusi untuk industri konstruksi adalah Bherokh Khoshnevis, pendiri Contour Crafting. Teknologi yang dikembangkan oleh Contour Crafting menawarkan berbagai bahan, termasuk beton, keramik, dan polimer.

Selain Contour Crafting, perusahaan lain menawarkan solusi untuk pencetakan 3D beton, seperti ICON, CyBE dan Apis Cor , untuk beberapa nama.

Manufaktur Aditif Busur Kawat

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) adalah metode yang digunakan untuk aplikasi logam.

WAAM bekerja dengan cara melelehkan kawat logam menggunakan busur listrik sebagai sumber panasnya. Prosesnya dikendalikan oleh lengan robot dan bentuknya dibangun di atas bahan substrat (pelat dasar) yang bagiannya dapat dipotong setelah selesai.

Kawat, ketika dicairkan, diekstrusi dalam bentuk manik-manik pada substrat. Saat manik-manik saling menempel, mereka menciptakan lapisan bahan logam. Proses ini kemudian diulang, lapis demi lapis sampai bagian logam selesai.

Peralatan WAAM dapat bekerja dengan berbagai jenis logam, seperti aluminium, baja dan titanium, dan teknologinya dapat digunakan untuk pembuatan struktur besar. Salah satu contoh kemungkinan metode ini adalah jembatan baja MX3D.

Pengaliran pengikat pasir

Binder jetting dapat digunakan dalam konstruksi untuk membuat cetakan. Teknologi ini bekerja dengan menerapkan zat pengikat cair ke lapisan bahan bubuk, sehingga mengikatnya.

Binder jetting sangat cocok untuk produksi elemen bekisting untuk pengecoran beton. Pendekatan ini tidak hanya membantu menghemat sumber daya tetapi juga waktu dan biaya.

Kelebihan lainnya adalah kerumitan tidak lagi berperan saat pencetakan 3D bekisting menggunakan binder jetting. Lengkungan, fasad detail, atau undercut dapat dengan mudah dicetak 3D, mendorong batas desain dalam konstruksi.

Contoh paling menarik dari pencetakan 3D dalam konstruksi

Dinding cetak 3D 

Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa perusahaan telah mengembangkan metode konstruksi dinding bangunan menggunakan teknologi pencetakan 3D. Salah satu contohnya adalah perusahaan yang berbasis di China, Winsun, yang telah memproduksi konstruksi skala besar, seperti blok apartemen lima lantai dan vila seluas 12.000 kaki persegi (1.100 meter persegi).

Mesin besar – panjang lebih dari 100 meter – dinding berongga cetak 3D yang terbuat dari campuran semen, pasir dan serat. Dinding diangkut ke lokasi konstruksi, diperkuat dan dirakit. Potensi metode tersebut dapat menghasilkan penghematan waktu, tenaga, dan material yang signifikan.

Konstruksi pencetakan 3D di Dubai 

Meskipun ada banyak proyek konstruksi 3D di seluruh dunia, Dubai saat ini menjadi pusat aktivitas pencetakan 3D konstruksi. Kota ini memiliki tujuan ambisius untuk memiliki 25 persen bangunan yang akan dibangun menggunakan pencetakan 3D dalam waktu dekat.

Dan kemajuan di bidang ini sudah terbukti.

Misalnya, pada tahun 2019, Apis Cor, produsen printer 3D beton yang berbasis di AS,  bekerja sama dengan Pemerintah Kota Dubai untuk membuat sebuah bangunan, menampilkan dua lantai dan beberapa arsitektur yang sangat kompleks.

Apis Cor mengembangkan bahan berbasis gipsum untuk dijalankan melalui printer, yang bersumber dari produsen lokal.

Pencetakan dilakukan di tempat terbuka, untuk membuktikan bahwa teknologi tersebut dapat menangani lingkungan yang keras tanpa kontrol kelembaban dan suhu.

Bangunan ini dilaporkan salah satu yang terbesar dibuat dengan bantuan on -pencetakan 3D situs.

Jembatan

Konstruksi jembatan menggunakan 3D printing merupakan aplikasi lain dalam industri konstruksi.

Madrid adalah rumah bagi jembatan beton cetak 3D pertama, sementara Belanda telah melihat pembangunan jembatan cetak 3D sepanjang 8 meter untuk pengendara sepeda. Prosesnya memakan waktu total 3 bulan bagi robot untuk membuat balok beton untuk jembatan, terdiri dari 800 lapisan yang kemudian dirakit untuk membuat jembatan.

Selanjutnya, startup robotika Belanda yang berbasis di Belanda MX3D sedang mengembangkan jembatan baja cetak 3D yang dilengkapi dengan teknologi pintar seperti sensor.

Terbuat dari baja tahan karat, struktur melengkung jembatan menunjukkan kebebasan desain yang diberikan oleh AM.

Pada tahun 2019, jembatan MX3D melewati tahap pengujian pertama seberat 20 ton dan harus ditempatkan di tujuan akhirnya di atas kanal Amsterdam akhir tahun ini.

Desain interior

Kemungkinan untuk menciptakan geometri yang kompleks dan rumit membuka ruang lingkup kreativitas yang sama sekali baru bagi para desainer interior. Contoh terbaru adalah Bottlepot –  toko London dengan interior cetak 3D menggunakan bahan yang ramah lingkungan. Proyek ini menunjukkan bagaimana pencetakan 3D dapat digunakan untuk mengurangi limbah dalam konstruksi dan membentuk masa depan untuk desain yang berkelanjutan.

Model arsitektural

Salah satu dampak terbesar pencetakan 3D dalam konstruksi adalah produksi model arsitektur. Pencetakan 3D telah merevolusi proses pemodelan arsitektur dengan memungkinkan proses cepat dan digital untuk pembuatan model.

Manfaat tambahan untuk ini adalah pencetakan 3D memungkinkan iterasi desain yang cepat dan hemat biaya, menghemat banyak waktu dan mengurangi biaya dalam prosesnya.

Membangun komponen

Pencetakan 3D juga terbukti cocok untuk pembuatan komponen dan alat tertentu yang digunakan dalam konstruksi.

Kontraktor yang berbasis di Inggris, Skanska, adalah salah satu perusahaan pertama yang menggunakan pencetakan 3D untuk memproduksi komponen bangunan seperti cladding.

Dalam satu proyek, Skanska menggunakan pencetakan 3D untuk memproduksi node cladding polimer untuk atap pusat bisnis 6 Bevis Marks di London. Pendekatan ini telah memperkenalkan alternatif yang lebih menguntungkan untuk teknik tradisional dalam hal penghematan waktu dan biaya.

Bekisting cetak 3D

Contoh lain melibatkan penggunaan bekisting cetak 3D dalam proyek renovasi skala besar untuk bangunan perumahan dan komersial 42 lantai di New York City.

Gate Precast, sebuah perusahaan yang telah bekerja pada fasad baru untuk bangunan, ditemukan bahwa membuat cetakan kayu untuk proyek tersebut akan menjadi pekerjaan besar yang dapat memakan waktu hingga 9 bulan untuk diselesaikan. Cetakan yang dibutuhkan berukuran besar – beberapa di antaranya berukuran hingga 2,6 x 1,7 x 0,5 m, yang semakin menambah waktu produksi yang lama.

Untuk mempercepat proses, perusahaan memutuskan untuk bereksperimen dengan pencetakan 3D, bermitra dengan Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL) untuk menggunakan teknologi BAAM-nya.

Berkat BAAM, perusahaan dapat mencetak cetakan masing-masing antara 8 dan 11 jam, dengan tambahan 8 jam pengerjaan untuk mencapai permukaan akhir yang diinginkan. Cetakan dibuat dengan ABS yang diperkuat serat karbon, termoplastik umum yang dicampur dengan serat karbon cincang untuk kekuatan tambahan.

Hasilnya adalah cetakan yang kuat yang dapat menopang sebanyak 200 tuangan beton selama masa pakainya, dibandingkan dengan 15-20 tuang untuk cetakan kayu.

Perusahaan percaya bahwa tanpa cetakan 3D dan BAAM, tidak mungkin membuat formulir dalam jangka waktu yang dibutuhkan untuk proyek ini.

Tantangan untuk mengadopsi pencetakan 3D dalam industri konstruksi

Sementara AM memiliki potensi besar untuk industri konstruksi, masih ada sejumlah hambatan untuk adopsi yang lebih luas.

Salah satu masalah utama adalah kontrol kualitas. Pencetakan 3D telah menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana kinerjanya dibandingkan dengan bahan dan metode konstruksi tradisional:Akankah rumah cetak 3D bertahan selama rumah yang dibangun secara tradisional? Apakah strukturnya akan kokoh dan aman jika terjadi kebakaran atau bencana alam?

Peraturan untuk konstruksi sangat ketat, dan teknologi serta bahan baru yang ditawarkan oleh AM masih harus dimasukkan ke dalam standar dan kode bangunan.

Selain itu, pencetakan 3D membutuhkan operator yang berpengalaman dan desainer, yang berarti investasi dalam pelatihan untuk memanfaatkan teknologi otomatis dan keterampilan perangkat lunak.

Hambatan lain yang harus diatasi adalah terbatasnya bahan konstruksi yang dapat dicetak 3D. Dikatakan, penelitian sedang dilakukan, khususnya yang berkaitan dengan beton dan bahan terbarukan berbasis bio.

Masa depan pencetakan 3D dalam konstruksi 

Meskipun visi bangunan sepenuhnya dicetak 3D, teknologi tidak akan menggantikan metode konstruksi tradisional – setidaknya tidak dalam jangka pendek.

Mungkin salah satu kasus penggunaan terbesar teknologi AM mungkin terletak pada produksi komponen kompleks, seperti sambungan, fasad, dan bekisting, memanfaatkan manfaat kebebasan desain yang disediakan AM.

Selain fleksibilitas desain, pencetakan 3D di lokasi juga dapat membantu mengurangi limbah di lokasi konstruksi, berfungsi sebagai batu loncatan yang baik menuju masa depan yang lebih berkelanjutan.

Mencari pada gambaran yang lebih besar, pencetakan 3D dapat menjadi salah satu solusi utama untuk tantangan saat ini di sektor konstruksi, karena secara bertahap berkembang menjadi teknologi konstruksi yang lebih berkelanjutan, fleksibel, dan otomatis.