Quy Trình Ứng Dụng Máy In 3d Mô Hình Cho Ngành Kiến Trúc

Mặc dù đã chuyển từ bản vẽ sang màn hình kỹ thuật số, các mô hình kiến trúc vật lý vẫn đóng một vai trò quan trọng trong việc giúp các kiến trúc sư hình dung ra các bản thiết kế.

Công nghệ in 3D giúp thu hẹp khoảng cách giữa thế giới kỹ thuật số và thế giới vật lý, đồng thời hỗ trợ cho các kiến trúc sư và nhà sản xuất mô hình tạo ra các mô hình kiến trúc có độ chính xác cao một cách nhanh chóng và tiết kiệm chi phí trực tiếp từ các bản vẽ kỹ thuật số.

Hướng dẫn này cung cấp thông tin toàn diện về cách sử dụng máy in 3D mô hình kiến trúc, các quy trình in 3D khác nhau dành cho kiến trúc và quy trình tạo mô hình in 3D từ phần mềm thiết kế 3d (CAD)

Tại sao phải dùng máy in 3d mô hình kiến trúc

Kể từ thời đại của các Pharaoh, các mô hình kiến trúc đã đóng vai trò là đại diện vật lý trong quá trình phát triển cấu trúc để giúp bán dự án, hỗ trợ các nỗ lực gây quỹ và giải quyết các thách thức trong xây dựng.

Theo truyền thống, tạo mô hình là một nghề thủ công bao gồm làm việc với các vật liệu như gỗ, gốm, bìa cứng hoặc đất sét, có thể cực kỳ tốn thời gian và lặp đi lặp lại. Các studio và phòng thực hành kiến trúc ngày nay được sử dụng nhiều loại công cụ hơn, bao gồm máy phay CNC, máy cắt laser và máy in 3D có thể giảm nhu cầu lao động và tăng tốc quy trình làm việc.

Các quy trình in 3D hiện đại cung cấp cho các kiến trúc sư và nhà sản xuất mô hình phương tiện để cách mạng hóa cách tạo mô hình. Họ làm điều này bằng cách:

• Đẩy nhanh tiến độ làm mô hình kiến trúc.
• Xuất(chuyển đổi) bản vẽ CAD trực tiếp sang các mô hình 3D vật lý với độ chính xác cao.
• Phát triển các bộ phận được thiết kế phức tạp khó hoặc không thể sản xuất bằng tay.
• Đơn giản hóa giao tiếp và giới thiệu các khu vực cụ thể khó truyền tải thông qua các bản vẽ 2D thông thường.
• Tạo ra nhiều bản thiết kế lặp lại giảm thiểu chi phí sản xuất.

Trong thực tế, các mô hình thiết kế thay đổi hàng ngày, thậm chí là hàng giờ, do yêu cầu của khách hàng nên các kiến trúc sư thay đổi dự án rất nhanh, công việc đó chiếm hầu hết thời gian, điều đó sẽ rất khó nếu chỉ làm bằng tay. Nên cần phải có một giải pháp nào đó nhanh hơn.

Máy in 3D có thể tạo mô hình trong vòng vài giờ và thậm chí hoạt động qua đêm để tiết kiệm thời gian, bạn có thể tiết kiệm thời gian trong ngày để làm việc khác.

In 3D có thể tạo ra các mô hình kiến trúc của toàn bộ tòa nhà, nhưng cũng có thể kết hợp với các công cụ và quy trình khác. Các nhà xây dựng mô hình công ty chuyên sản xuất bất động sản có thể sử dụng gia công CNC hoặc cắt laser để sản xuất các bộ phận cơ bản của mô hình kiến trúc của họ và máy in 3D để phát triển các thành phần phức tạp như cầu thang, cây cối, hình cầu và các bề mặt cong, vốn sẽ tốn nhiều thời gian để sản xuất bằng thủ công. Các công ty mô hình BDS có thể in 3D các khớp nối phức tạp của các cột cho mô hình cây cầu đường cao tốc như Phú Mỹ, cây cầu kết nối vành đai của thành phố HCM từ Quận 7 qua Quận 2. Sự kết hợp in 3D này cùng với các giải pháp sản xuất truyền thống giúp tăng tốc quá trình sáng tạo và tăng mức độ chính xác của các mô hình kiến trúc.

Một trong những mục tiêu chính của mô hình kiến trúc 3D là đơn giản hóa việc giao tiếp giữa các kiến trúc sư và giúp việc giới thiệu kế hoạch cho khách hàng dễ dàng hơn. Các dự án của công ty thiết kế GMC có trụ sở HCM hầu hết là những ngôi nhà tùy chỉnh, vì vậy việc truyền đạt quy mô của một ngôi nhà hoặc cấu trúc là điều rất quan trọng.

Hướng dẫn chọn máy in 3d cho mô hình kiến trúc

Khi nói đến các mô hình kiến trúc in 3D, không phải tất cả các phương pháp đều được tạo ra như nhau. Điều quan trọng là chọn công nghệ in phù hợp cho các trường hợp sử dụng cụ thể

SLA

Các bộ phận được in bằng công nghệ SLA có độ phân giải và độ chính xác cao nhất trong tất cả các công nghệ in 3D bằng nhựa. Các bộ phận SLA cũng mang lại bề mặt mịn nhất, dễ sơn.

SLA là một lựa chọn tuyệt vời cho các mô hình trưng bày có độ chi tiết cao để trình bày các khái niệm và ý tưởng cho khách hàng hoặc công chúng.

Mặc dù máy in SLA dành cho máy tính để bàn cung cấp khả năng in nhỏ gọn hơn, nhưng với máy in 3D SLA khổ lớn như Form 3L, kiến trúc sư và nhà sản xuất mô hình có thể tạo ra các mô hình với quy mô công nghiệp

Fused Deposition Modeling ( FDM )

Mô hình lắng đọng nóng chảy (FDM), còn được gọi là chế tạo sợi in nóng chảy (FFF), là hình thức in 3D được sử dụng rộng rãi nhất ở cấp độ người tiêu dùng, được thúc đẩy bởi sự xuất hiện của máy in 3D cá nhân. Máy in 3D FDM chế tạo các bộ phận bằng cách nóng chảy và ép đùn sợi nhựa nhiệt dẻo, mà đầu phun của máy in sẽ lắng đọng từng lớp trên bàn in.

FDM có độ phân giải và độ chính xác thấp nhất trong bốn quy trình in 3D và không phải là lựa chọn tốt nhất để in các thiết kế phức tạp hoặc các bộ phận có tính năng linh hoạt. Đó là lý tưởng cho các mô hình thiết kế khái niệm cơ bản được tạo ra trong giai đoạn thiết kế ban đầu vì nó có thể tạo ra các mô hình tương đối lớn một cách nhanh chóng và với chi phí thấp.

Selective Laser Sintering ( SLS )

Thiêu kết laser chọn lọc là công nghệ sản xuất phụ gia phổ biến nhất cho các ứng dụng công nghiệp. Máy in 3D SLS sử dụng tia laser công suất cao để thiêu kết các hạt bột polymer nhỏ. Bột chưa sử dụng hỗ trợ bộ phận trong quá trình in và loại bỏ sự cần thiết của các cấu trúc hỗ trợ chuyên dụng.( hay còn gọi là support )

In SLS lý tưởng cho các dạng hình học phức tạp, bao gồm các đặc điểm bên trong, đường gạch dưới, thành mỏng. Các bộ phận được sản xuất bằng máy in SLS có các đặc tính cơ học tuyệt vời khiến chúng cũng phù hợp với các bộ phận kết cấu máy công nghiệp.

Chất kết dính ( Binder Jetting )

Công nghệ in 3D phun chất kết dính tương tự như in SLS nhưng sử dụng chất kết dính có màu để kết dính vật liệu đá sa thạch dạng bột thay vì nhiệt. Máy in phun chất kết dính có thể tạo ra các mô hình kiến trúc 3D sống động, đầy màu sắc.

Các bộ phận được sản xuất bằng phương pháp phun chất kết dính có bề mặt xốp và rất giòn, điều đó có nghĩa là quy trình này chỉ được khuyến nghị cho các ứng dụng tĩnh.

Quy trình ứng dụng máy in 3d mô hình trong kiến trúc

Hầu hết các kiến trúc sư ngày nay đã làm việc trong không gian kỹ thuật số, sử dụng phần mềm CAD kiến trúc như BIM (Revit và ArchiCAD), Rhino 3D hoặc SketchUp để tạo các thiết kế CAD kỹ thuật số. Tuy nhiên, không phải lúc nào các tệp kỹ thuật số này cũng có thể được sử dụng để tạo các mô hình tỷ lệ vật lý trực tiếp bằng in 3D.

Quá trình chuyển đổi thành công từ mô hình CAD sang tệp có thể in 3D dựa trên sự hiểu biết cơ bản về thiết kế để in 3D, các ràng buộc tạo mô hình thông thường liên quan như thế nào đến việc chuẩn bị tệp để in 3D cũng như cách tiếp cận và đưa ra các quyết định lập mô hình thông minh, từ việc chọn đúng quy mô để thiết kế, lắp ráp và xử lý hậu kỳ.

Chiến lược mô hình hóa ( Modeling Strategy)

Mô hình kiến trúc được lắp ghép theo quy ước bằng nhiều loại vật liệu và bộ phận khác nhau. Máy in 3D giúp hợp nhất các bộ phận này thành càng ít bộ phận riêng lẻ càng tốt, nhưng vẫn cần phải lắp ráp một số bộ phận vì hai lý do:

• Các ràng buộc của khối lượng bàn in : Trừ khi bạn đang sử dụng máy in 3D khổ lớn như Form 3L, bạn có thể cần chia mô hình thành nhiều phần để vừa với khối lượng bàn ni của máy in 3D.
• Nhu cầu thể hiện độ chi tiết nội thất hoặc tính vật chất: Một số kiểu máy yêu cầu các thành phần tách rời để tiết lộ thêm thông tin về thiết kế.

Kích thước và hình dạng của các thành phần khác nhau trong một mô hình kiến trúc là những cân nhắc chính khi chuẩn bị một mô hình kiến trúc để in 3D. Nói chung, các mô hình lớn, mô hình có nhiều thành phần và mô hình có các tính năng phức tạp được chia thành các thành phần có thể in 3D để lắp ráp. Sau đó, các bộ phận có thể dễ dàng ghép nối với nhau thông qua chất kết dính hóa học hoặc lắp ráp cơ khí; độ điều này cần đến công nghệ có độ chính xác cao với khổ in lớn với các công nghệ như SLA và SLS đảm bảo rằng các bộ phận liên kết với nhau một cách liền mạch.

Để có được kết quả tốt nhất yêu cầu áp dụng các chiến lược lập mô hình cho lắp ráp, bao gồm:

• Tách mô hình theo trình tự: Việc tách mô hình hoặc thành phần theo trình tự sẽ tạo ra các thành phần dễ quản lý hơn, dễ dàng lắp ráp sau khi in. Phương pháp đơn giản nhất để tách mô hình là cắt thẳng. Một cách tiếp cận khác là thêm các tính năng vào thiết kế của bạn để cho phép các bản in tự ghép nối với nhau bằng các khớp nối
• Tách các mô hình theo thành phần: Một số mô hình cho phép bản thân chúng được chia nhỏ theo các thành phần cấu trúc của chúng hoặc được phần mềm chia nhỏ thành một bộ các bộ phận. In các thành phần này một cách riêng biệt và sau đó lắp ráp chúng với các tính năng kết hợp hoặc chỉ cần in một thành phần của toàn bộ tòa nhà tách biệt với phần còn lại.

Quy trình làm việc của phần mềm thiết kế 3d

Những tiến bộ trong công nghệ CAD đã đơn giản hóa đáng kể quy trình phát triển các tệp có thể in 3D. Các nền tảng CAD hiện đại có các mô-đun in 3D chuyên dụng để giúp các kiến trúc sư chuyển đổi thiết kế CAD thành mô hình có thể in được. Tuy nhiên, hãy nhớ rằng bạn vẫn đang làm việc ở tỷ lệ 1:1–một số chuyển đổi nhanh sẽ được yêu cầu để đạt được kích thước chính xác ở tỷ lệ in.

Việc phát triển các mô hình kiến trúc để in 3d đòi hỏi một số yêu cầu khi sử dụng phần mềm CAD. Cụ thể là:

• Quy trình làm việc BIM: Phát triển các mô hình có thể in 3D bằng phần mềm BIM tận dụng mô hình tham số như Autodesk Revit hoặc Graphisoft ArchiCAD yêu cầu một số quản lý thành phần riêng biệt. Các bộ phận như hệ thống ống gió, cửa sổ lắp kính hai lớp và hệ thống HVAC không chuyển thành bản in 3D và phải được loại bỏ, trong khi các bộ phận khác như cửa ra vào, cửa sổ, tường, tấm cần được làm dày lên.
• Quy trình tạo mô hình bề mặt: Quy trình công việc này thường là một cách tiếp cận dễ dàng hơn, bắt đầu từ các bản vẽ 2D chỉ với ý định in 3D. Nó liên quan đến việc xuất một bản vẽ đã được đơn giản hóa, thu nhỏ nó lại, ép đùn và cắt bớt cho đến khi có một lớp vỏ bên ngoài.

In và Xử lý Hậu kỳ Mô hình Kiến trúc

Bước tiếp theo trong các mô hình kiến trúc in 3D là chuyển mô hình 3D kỹ thuật số của bạn sang ngôn ngữ mà máy in 3D của bạn hiểu được. Hoàn thành điều này yêu cầu sử dụng phần mềm slicer hoặc in, chẳng hạn như PreForm. Cho dù bạn là người mới hay đã có kinh nghiệm, phần mềm slicer nhìn chung đều rất trực quan để sử dụng. Phần mềm làm nổi bật các chi tiết như tường có thể cần gia cố, các khu vực không được hỗ trợ và các khối kín ảnh hưởng đến cấu trúc của bản in 3D, có thể được xử lý trước khi in. Sử dụng phần mềm, bạn cũng có thể tối ưu hóa các cài đặt như độ phân giải, vị trí bàn in và support.

Vật liệu đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền đạt khái niệm cơ bản của một thiết kế. Không phải lúc nào cũng bắt buộc phải mô phỏng màu sắc và kết cấu chính xác của vật liệu, nhưng nó có thể giúp phân biệt giữa các vật liệu khác nhau. Việc tách một mô hình theo các thành phần của nó giúp hiển thị tính vật chất, vì các bộ phận có thể được sản xuất bằng nhiều vật liệu in 3D khác nhau hoặc được sơn riêng lẻ bằng các màu khác nhau.

Tham khảo thêm bài viết các vật liệu in 3d phổ biến hiện tại: //demo.meme3d.com/tong-hop-cac-nhom-vat-lieu-in-3d-pho-bien-hien-nay/

Xử lý hậu kỳ khác nhau tùy thuộc vào công nghệ in 3D cụ thể của bạn, nhưng thường bao gồm các mô hình chà nhám, liên kết và sơn.

Trên đây là quy trình cơ bản của máy in 3d mô hình ứng dụng trong ngành kiến trúc, nếu bạn có bất kì thắc mắc nào về công nghệ in 3d và máy in thì có thể liên hệ với Meme 3D để được tư vấn và giải đáp.