Bê tông in 3D chịu lực tốt hơn nhờ kết cấu bắt chước vỏ tôm hùm

Theo các chuyên gia, những công nghệ sản xuất dựa trên kỹ thuật số như in 3D có tiềm năng to lớn trong việc tiết kiệm thời gian, công sức và vật liệu thuộc lĩnh vực xây dựng, song việc chế tạo bê tông in 3D có cường độ chịu lực đủ tốt để có thể sử dụng trong các công trình kiến trúc có hình thái phóng khoáng hơn vẫn còn đầy thách thức.

cách mạng công nghiệp 4.0
Mô hình in 3D lấy cảm hứng từ vỏ tôm hùm giúp tăng độ khỏe của bê tông.

Một nghiên cứu mới của nhóm nghiên cứu về công nghệ in 3D tại Khoa Kỹ thuật của Đại học RMIT ở Melbourne, Úc đã lấy cảm hứng từ sức bền tự nhiên của vỏ tôm hùm để thiết kế nên những mô hình in 3D đặc biệt, giúp chế tạo bê tông có cường độ chịu lực cao sử dụng trong ngành xây dựng.

Cụ thể, mô hình xoắn ốc bắt chước tự nhiên vừa cải thiện độ bền tổng thể của bê tông in 3D, vừa cho phép định hướng chính xác cường độ nhằm củng cố kết cấu ở những chỗ cần thiết. Nhóm nghiên cứu kết hợp mẫu in xoắn ốc này với hỗn hợp bê tông đặc biệt được bổ sung các sợi thép nhỏ, giúp vật liệu tạo ra có kết cấu khỏe hơn bê tông truyền thống.

Tiến sĩ Trần Phương, Giảng viên cấp cao Đại học RMIT, Trưởng nhóm nghiên cứu cho hay, công nghệ in 3D và sản xuất bồi đắp mở ra cơ hội nâng cao cả tính hiệu quả lẫn sự sáng tạo cho ngành xây dựng. “Công nghệ in 3D bê tông thực sự có tiềm năng thay đổi hoàn toàn ngành xây dựng và mục tiêu của chúng tôi là giúp sự chuyển đổi này đến gần hơn", ông chia sẻ.

Tiến sĩ Trần Phương và các đồng nghiệp tại Khoa Kỹ thuật Đại học RMIT đang tập trung tìm hiểu về bê tông in 3D và tìm cách hoàn thiện thành phẩm thông qua nhiều phương án kết hợp khác nhau giữa thiết kế mẫu in, vật liệu sử dụng, mô hình hóa, tối ưu hóa thiết kế và các tùy chọn để gia cố kết cấu bê tông.

Kết quả cho thấy các mẫu in hỗn hợp đều chịu lực tốt hơn mẫu in theo một chiều cố định, nhưng theo Tiến sĩ, mẫu xoắn ốc có tiềm năng nhất để tạo ra các cấu trúc bê tông in 3D phức tạp.

Ông cho biết, vỏ tôm hùm có độ cứng và độ cong tự nhiên. Nhóm nghiên cứu thấy rằng điều này có thể giúp tạo ra những hình dạng bê tông chắc chắn hơn như mái vòm hay cấu trúc uốn lượn và xoắn vòng.

“Công trình này mới ở giai đoạn đầu nên cần nghiên cứu thêm để kiểm tra với nhiều thông số hơn xem bê tông có chất lượng ra sao, nhưng kết quả thử nghiệm ban đầu cho thấy chúng tôi đang đi đúng hướng”, Tiến sĩ Trần Phương thông tin.

Tiềm năng thúc đẩy phát triển in 3D tại Việt Nam

 

Công trình nghiên cứu này là một phần trong luận án của Tiến sĩ Phạm Thị Hiền Lương, cũng đến từ Việt Nam và là nghiên cứu sinh đầu tiên tại Đại học RMIT tập trung vào lĩnh vực này.

Đại học RMIT sẽ hỗ trợ các nghiên cứu sâu hơn bằng một máy in 3D bê tông di động quy mô lớn mà nhà trường mới mua gần đây – đưa trường trở thành cơ sở nghiên cứu đầu tiên ở Nam bán cầu có một loại máy như vậy.

Máy in kích cỡ 5×5 mét được điểu khiển bằng robot sẽ được nhóm chuyên gia sử dụng để nghiên cứu in 3D nhà ở, tòa nhà và các cấu trúc xây dựng lớn. Nhóm cũng sử dụng máy để khám phá tiềm năng in 3D bê tông bằng vật liệu phế thải tái chế như cốt liệu nhựa mềm.

cách mạng công nghiệp 4.0
Tiến sĩ Trần Phương và các đồng nghiệp tại Khoa Kỹ thuật Đại học RMIT đang tập trung tìm hiểu về bê tông in 3D và tìm cách hoàn thiện thành phẩm thông qua nhiều phương án kết hợp khác nhau.

Theo Tiến sĩ Trần Phương, công nghệ in 3D đi đầu phong trào sản xuất tiên tiến hiện đại trên khắp thế giới. Các ngành lớn như hàng không vũ trụ, ô tô cũng như y tế đã và đang đầu tư vào công nghệ này ở nhiều quy mô khác nhau.

“Mặc dù công nghệ in 3D vẫn còn non trẻ ở Việt Nam, khát vọng phát triển công nghệ đã được nêu rõ trong các kế hoạch của Chính phủ để đồng hành cùng Cách mạng công nghiệp lần thứ tư”, Tiến sĩ Phương nêu quan điểm.

Chuyên gia nghiên cứu đến từ Đại học RMIT cũng chia sẻ rằng Úc và đặc biệt là RMIT đã đầu tư đáng kể vào hoạt động nghiên cứu, phát triển và đào tạo công nghệ sản xuất in 3D.

Tiến sĩ Phương cho biết thêm: “Tôi đã hợp tác với một số trường đại học tại Việt Nam như Đại học Công nghệ TP.HCM và Đại học VinUni trong các dự án tập trung vào lĩnh vực in 3D. Hy vọng rằng chúng tôi sẽ có thể mở rộng hợp tác hơn nữa để mang đến thêm nhiều cơ hội cho sinh viên và các nhà nghiên cứu Việt Nam tiếp cận với công nghệ hiện đại”. 

Với công nghệ mới nhất hiện nay, có thể in 3D một căn nhà trong vòng 24 giờ với chi phí giảm còn một nửa. Trên thực tế, khu dân cư đầu tiên trên thế giới được xây dựng bằng công nghệ in 3D đã khởi công tại Mexico từ năm 2019. Lĩnh vực mới nổi này cũng hỗ trợ nhiều đổi mới sáng tạo về kiến trúc và kỹ thuật, từ tòa nhà văn phòng in 3D ở Dubai, tới cầu bê tông mô phỏng thiên nhiên ở Madrid hay “Ngôi nhà châu Âu” hình cánh buồm tại Hà Lan.

M.T

Chiếc ô tô được in 3D hoàn toàn gây choáng váng ngành sản xuất xe hơi

Chiếc ô tô được in 3D hoàn toàn gây choáng váng ngành sản xuất xe hơi

Một công ty của Mỹ đã cho ra đời một chiếc xe ô tô được in 3D hoàn toàn và mở ra tương lai mới về phương thức sản xuất xe hơi.