Rumah Nol di Austin, Texas
House Zero di Austin, Texas, adalah rumah seluas 2,000 kaki persegi yang dibangun dengan beton cetak 3D. Arsitek Danau Flato

Dalam arsitektur, material baru jarang muncul.

Selama berabad-abad, kayu, pasangan bata, dan beton menjadi dasar sebagian besar struktur di Bumi.

Pada tahun 1880-an, adopsi rangka baja mengubah arsitektur selamanya. Baja memungkinkan para arsitek merancang bangunan yang lebih tinggi dengan jendela yang lebih besar, memunculkan gedung pencakar langit yang menjadi ciri khas cakrawala kota saat ini.

Sejak revolusi industri, bahan konstruksi sebagian besar terbatas pada berbagai elemen yang diproduksi secara massal. Dari balok baja hingga panel kayu lapis, kit komponen standar ini telah menginformasikan desain dan konstruksi bangunan selama lebih dari 150 tahun.

Itu akan segera berubah dengan kemajuan dalam apa yang disebut "manufaktur aditif skala besar.” Sejak pengadopsian rangka baja tidak pernah ada perkembangan dengan potensi yang sama besarnya untuk mengubah cara bangunan dirancang dan dibangun.

Manufaktur aditif skala besar, seperti pencetakan 3D desktop, melibatkan pembuatan objek satu lapis pada satu waktu. Baik itu tanah liat, beton, atau plastik, bahan cetaknya diekstrusi dalam keadaan cair dan mengeras menjadi bentuk akhirnya.


grafis berlangganan batin


Sebagai direktur dari Institut Struktur Cerdas di University of Tennessee, saya beruntung dapat mengerjakan serangkaian proyek yang menggunakan teknologi baru ini.

Sementara beberapa hambatan untuk adopsi teknologi ini secara luas masih ada, saya dapat meramalkan masa depan di mana bangunan dibangun seluruhnya dari bahan daur ulang atau bahan yang bersumber di tempat, dengan bentuk yang terinspirasi oleh geometri alam.

Prototipe yang menjanjikan

Di antaranya adalah Paviliun Trilium, struktur terbuka yang dicetak dari daur ulang Polimer ABS, plastik umum yang digunakan dalam berbagai produk konsumen.

Permukaan struktur yang tipis dan melengkung ganda terinspirasi oleh kelopak bunga bunga senama itu. Proyek ini dirancang oleh mahasiswa, dicetak oleh Loci Robotics dan dibangun di University of Tennessee Research Park di Cherokee Farm di Knoxville.

Contoh terbaru lainnya dari manufaktur aditif skala besar termasuk Tecla, rumah prototipe seluas 450 kaki persegi (41.8 meter persegi) yang dirancang oleh Arsitek Mario Cucinella dan dicetak di Massa Lombarda, sebuah kota kecil di Italia.

Tecla dibangun dari tanah liat yang bersumber secara lokal.
Tecla dibangun dari tanah liat yang bersumber secara lokal.
Arsitek Mario Cucinella

Arsitek mencetak Tecla dari tanah liat yang bersumber dari sungai setempat. Kombinasi unik dari material murah dan geometri radial ini menciptakan bentuk perumahan alternatif yang hemat energi.

Kembali ke AS, firma arsitektur Lake Flato bermitra dengan firma teknologi konstruksi ICON untuk mencetak dinding eksterior beton untuk rumah yang dijuluki "Rumah Nol” di Austin, Texas.

Rumah seluas 2,000 kaki persegi (185.8 meter persegi) ini menunjukkan kecepatan dan efisiensi beton cetak 3D, dan strukturnya menampilkan kontras yang menyenangkan antara dinding lengkung dan rangka kayunya yang terbuka.

Proses perencanaan

Manufaktur aditif skala besar melibatkan tiga bidang pengetahuan: desain digital, fabrikasi digital, dan ilmu material.

Untuk memulai, arsitek membuat model komputer dari semua komponen yang akan dicetak. Perancang ini kemudian dapat menggunakan perangkat lunak untuk menguji bagaimana komponen akan merespons gaya struktural dan men-tweak komponen yang sesuai. Alat-alat ini juga dapat membantu desainer mengetahui cara mengurangi bobot komponen dan mengotomatiskan proses desain tertentu, seperti menghaluskan persimpangan geometris yang kompleks, sebelum mencetak.

Sepotong perangkat lunak dikenal sebagai pemotong kemudian menerjemahkan model komputer menjadi satu set instruksi untuk printer 3D.

Anda mungkin menganggap printer 3D bekerja pada skala yang relatif kecil – pikirkan kasus ponsel dan pemegang sikat gigi.

Namun kemajuan teknologi pencetakan 3D telah memungkinkan perangkat keras untuk meningkatkan secara serius. Terkadang pencetakan dilakukan melalui apa yang disebut sistem berbasis gantry – kerangka persegi panjang dari rel geser yang mirip dengan printer 3D desktop. Makin, lengan robot digunakan karena kemampuannya untuk mencetak dalam orientasi apa pun.

Lengan robot memungkinkan lebih banyak fleksibilitas dalam proses konstruksi.

 

Situs pencetakan juga dapat bervariasi. Perabotan dan komponen yang lebih kecil dapat dicetak di pabrik, sedangkan seluruh rumah harus dicetak di tempat.

Berbagai bahan dapat digunakan untuk manufaktur aditif skala besar. Beton adalah pilihan populer karena keakraban dan daya tahannya. Clay adalah alternatif yang menarik karena dapat dipanen di tempat – seperti yang dilakukan oleh para desainer Tecla.

Tapi plastik dan polimer bisa memiliki aplikasi terluas. Bahan-bahan ini sangat serbaguna, dan dapat diformulasikan dengan cara yang memenuhi berbagai persyaratan struktural dan estetika tertentu. Mereka juga dapat diproduksi dari bahan daur ulang dan organik.

Inspirasi dari alam

Karena manufaktur aditif membangun lapis demi lapis, hanya menggunakan bahan dan energi yang diperlukan untuk membuat komponen tertentu, ini merupakan proses pembangunan yang jauh lebih efisien daripada “metode subtraktif, ”yang melibatkan pemotongan bahan berlebih – pikirkan menggiling balok kayu dari pohon.

Bahkan bahan umum seperti beton dan plastik mendapat manfaat dari pencetakan 3D, karena tidak diperlukan bekisting atau cetakan tambahan.

Sebagian besar bahan konstruksi saat ini diproduksi secara massal di jalur perakitan yang dirancang untuk memproduksi komponen yang sama. Sambil mengurangi biaya, proses ini menyisakan sedikit ruang untuk penyesuaian.

Karena tidak diperlukan perkakas, bentuk, atau cetakan, manufaktur aditif skala besar memungkinkan setiap bagian menjadi unik, tanpa penalti waktu untuk penambahan kerumitan atau penyesuaian.

Fitur lain yang menarik dari pembuatan aditif skala besar adalah kemampuan untuk memproduksi komponen kompleks dengan rongga internal. Hal ini suatu hari nanti memungkinkan dinding dicetak dengan saluran atau pekerjaan saluran yang sudah ada.

Selain itu, penelitian sedang berlangsung untuk mengeksplorasi kemungkinan pencetakan 3D multi-material, sebuah teknik yang memungkinkan jendela, insulasi, penguatan struktural – bahkan kabel – untuk diintegrasikan sepenuhnya ke dalam komponen cetak tunggal.

Salah satu aspek manufaktur aditif yang paling menggairahkan saya adalah cara membangun lapis demi lapis, dengan bahan yang mengeras perlahan, mencerminkan proses alami, seperti pembentukan cangkang.

Rumah cetak 3D di Shanghai
Rumah cetak 3D di Shanghai yang dibangun dalam waktu kurang dari 24 jam dari limbah konstruksi.
Visual China Group / Getty Images

Ini membuka jendela peluang, memungkinkan desainer untuk mengimplementasikan geometri yang sulit diproduksi menggunakan metode konstruksi lain, tetapi sifatnya umum.

Bingkai struktural terinspirasi oleh struktur halus tulang burung dapat membuat kisi-kisi tabung yang ringan, dengan berbagai ukuran yang mencerminkan gaya yang bekerja padanya. Fasad itu membangkitkan bentuk daun tanaman mungkin dirancang untuk menaungi bangunan secara bersamaan dan menghasilkan tenaga surya.

Mengatasi kurva belajar

Terlepas dari banyak aspek positif dari manufaktur aditif skala besar, ada sejumlah hambatan untuk adopsi yang lebih luas.

Mungkin yang terbesar untuk diatasi adalah kebaruannya. Ada seluruh infrastruktur yang dibangun di sekitar bentuk konstruksi tradisional seperti baja, beton, dan kayu, yang mencakup rantai pasokan dan kode bangunan. Selain itu, biaya perangkat keras fabrikasi digital relatif tinggi, dan keahlian desain khusus yang diperlukan untuk bekerja dengan material baru ini belum diajarkan secara luas.

Agar pencetakan 3D dalam arsitektur dapat diadopsi secara lebih luas, ia perlu menemukan ceruknya. Mirip dengan bagaimana pengolah kata membantu mempopulerkan komputer desktop, Saya pikir itu akan menjadi aplikasi khusus manufaktur aditif skala besar yang akan mengarah pada penggunaan umum.

Mungkin kemampuannya untuk mencetak kerangka struktural yang sangat efisien. Saya juga sudah melihat janjinya untuk menciptakan fasad pahatan unik yang dapat didaur ulang dan dicetak ulang di akhir masa pakainya.

Either way, tampaknya beberapa kombinasi faktor akan memastikan bahwa bangunan masa depan, di beberapa bagian, dicetak 3D.Percakapan

Tentang Penulis

James Rose, Direktur Institut Struktur Cerdas, Universitas Tennessee

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.