Nhà in 3D, từ viễn tưởng thành hiện thực

“Chúng ta hiện thực hóa công nghệ nhà in 3D từ khoa học viễn tưởng. Đây sẽ là giải pháp nhà ở cho người dân toàn cầu” - Habib Dagher - Giám đốc điều hành của The University of Maine’s Advanced Structures and Composites Center (tạm dịch Trung tâm Vật liệu tổng hợp và Cấu trúc tiên tiến - viết tắt là ASCC) của Đại học Maine - chia sẻ với CNN.

Công nghệ của tương lai

Theo báo cáo công bố năm 2023, bang Maine, Mỹ sẽ cần khoảng 80.000 ngôi nhà mới vào năm 2030 để giải quyết tình trạng thiếu nhà. Các nhà nhân khẩu học đã ước tính rằng trên thế giới, hiện có hơn 1,6 tỉ người thiếu nhà ở phù hợp. Đến năm 2050, số người không nhà có thể tăng lên 3 tỉ.

Cận cảnh một bức tường trong nhà in 3D

“Giá nhà ngày càng cao khiến nhiều người không thể sở hữu nó” - Dagher nhận định. Ông cũng tin rằng việc nhà máy in 3D polymer lớn nhất thế giới ASCC công bố vào tháng trước về các thông số kỹ thuật như có thể tạo ra các bản in dài 29m, rộng 10m, cao 6m cùng tốc độ có thể in 1 ngôi nhà ba chiều trong 48 tiếng là giải pháp cho vấn đề nhà ở mà thế giới đang tìm kiếm.

Biến điều không thể thành có thể

Trong những năm gần đây, in 3D đã được sử dụng để xây dựng mọi thứ từ doanh nghiệp, cầu đến nhà thờ Hồi giáo, trường học. Văn phòng Tương lai của DFF (Dubai) đã được trao chứng nhận Guinness World Records™ cho việc xây dựng “Tòa nhà thương mại in 3D đầu tiên” trên thế giới. Trong quá trình xây dựng, tòa nhà sử dụng nhân lực ít hơn 50% so với các tòa nhà có kích thước tương đương và tạo ra ít chất thải xây dựng hơn 60%.

Grand View Research - công ty nghiên cứu thị trường và tư vấn chiến lược có trụ sở tại thành phố San Francisco, bang California, Mỹ - đã dự đoán khi người mua nhà chuyển đến những ngôi nhà in 3D đầu tiên, thị trường nhà in 3D sẽ có tốc độ tăng trưởng kép hằng năm là 23,5% trong thập niên tới. Vậy nhà in 3D hay nhà in ba chiều là gì?

Trong hợp đồng trị giá 57 triệu USD giữa ICON và NASA, công ty xây dựng này sẽ tạo ra các tòa nhà in 3D để con người có thể sống trên mặt trăng

Nhà in 3D là các cấu trúc được xây dựng từng lớp bằng cách sử dụng công nghệ in 3D cấp công nghiệp. Phương pháp sản xuất bồi đắp này còn được gọi là in 3D xây dựng. Nhà in 3D sử dụng in 3D làm phương tiện xây dựng với sự giám sát tối thiểu của con người. Sản phẩm có thể được in trực tiếp tại chỗ hay in tại nhà in rồi vận chuyển đến nơi lắp ráp với chi phí thấp. Các dự án nhà in 3D hiện nay trải dài từ các nguyên mẫu beta có thể ở được đến nhà giá rẻ, thậm chí biệt thự sang trọng, cao cấp.

Nguyên tắc hoạt động của máy in nhà 3D giống như máy in phun để bàn. Sau khi nhận bản thiết kế kỹ thuật số, máy in 3D sẽ phân phối hỗn hợp giống như bột nhão - thông thường bê tông đến cánh tay robot được trang bị vòi phun của máy in 3D để phân lớp thành hình dạng phù hợp theo quy trình in từ thấp đến cao như từ sàn, tường… đến mái nhà.

Trong quá trình in nhà, thợ xây dựng phải có mặt tại chỗ để khoét lỗ cho hệ thống ống nước, dây điện, cửa ra vào và cửa sổ. Một căn nhà in 3D có thể thực hiện tại chỗ nếu lắp đặt máy in hoặc các bộ phận của ngôi nhà sẽ được in ở xưởng, sau đó vận chuyển đến nơi cần lắp đặt.

Mặt tiền của ngôi nhà in 3D từ gỗ đầu tiên trên thế giới

Công nghệ này cũng có một số hạn chế nhất định như: cần có chuyên gia giám sát quá trình in cũng như đội ngũ thợ lành nghề cũng cần có mặt để thực hiện các công trình phụ cho ngôi nhà như hệ thống ống nước, dây điện, cửa chính, cửa sổ… Tuy nhiên, ASCC hiện đang nghiên cứu phương án để giảm phần việc do con người thực hiện trong công nghệ in nhà 3D, giúp hạ giá thành in ấn nhà ba chiều.

Đa dạng mức giá

Những ngôi nhà in ba chiều lần đầu tiên có mặt trên thị trường Mỹ vào đầu năm 2021. Ngôi nhà rộng 1.407m² hoàn chỉnh với 3 phòng ngủ, 2 phòng tắm và 1 gara 2 ô tô ở Riverhead, New York, Mỹ - “ngôi nhà in 3D đầu tiên trên thế giới” - được bán với giá 299.999 USD (khoảng 7,5 tỉ đồng) trên zillow.com.

House Zero - ngôi nhà ba chiều cao cấp được định giá hàng chục triệu USD

Hơn 100 triệu đồng cho... căn nhà 56m²

Những mẫu nhà in ba chiều phân khúc cao cấp như House Zero có giá từ 1 triệu USD (hơn 25,6 tỉ đồng). Nhà in ba chiều House Zero rộng 350m² gồm 4 phòng ngủ, 3 phòng tắm được thiết kế theo phong cách trang trại là một khu đất rộng 2.000m² được ước tính giá dao động từ 723.000- 908.000 USD (khoảng 23-25 tỉ đồng). Theo tạp chí trực tuyến All3DP, thiết kế đặc biệt của House Zero khiến nó có thể đạt đến mức chục triệu USD.

Đại diện công ty xây dựng nhà ba chiều ICON (Texas) cho biết họ có thể sản xuất một tòa nhà có diện tích từ 56 - 76m² với chi phí từ 4.000 USD (hơn 100 triệu đồng) trong 24 giờ.

Năm 2020, ICON đã ký hợp đồng trị giá 57 triệu USD với Cơ quan Vũ trụ NASA phát triển công nghệ in 3D để xây dựng các yếu tố cần thiết cho sự sống trên mặt trăng như đường, bệ phóng và nhà cửa. Niki Werkheiser - Giám đốc phát triển công nghệ tại Ban Giám đốc Sứ mệnh Công nghệ Vũ trụ của NASA - cho hay: “Để khám phá các thế giới khác, chúng ta cần những công nghệ mới tiên tiến thích ứng với môi trường đó và nhu cầu khám phá của chúng ta”.

Văn phòng Tương lai của DFF đã được trao chứng nhận Guinness World Records™ cho việc xây dựng “Tòa nhà thương mại in 3D đầu tiên” trên thế giới

ICON không phải là công ty duy nhất khám phá khả năng in 3D trong xây dựng. Hàng loạt “ông lớn” ngành xây dựng tại các quốc gia Đức, Hà Lan… đã và đang phát triển công nghệ này cũng như áp dụng nó vào cuộc sống.

Theo CNN, đến đầu tháng Sáu năm nay, trên thế giới chỉ có vài chục căn nhà 3D được in và đưa vào sử dụng như nhà dân dụng - chiếm chưa đến 1% tổng doanh thu xây dựng toàn cầu. Song, các tòa nhà in đang ngày càng phổ biến hơn. Các tiểu vương quốc Ả Rập thống nhất đã đặt mục tiêu hoạt động như một trung tâm xây dựng in 3D. Đến năm 2030, lãnh đạo Dubai hy vọng các tòa nhà in 3D sẽ chiếm 25% bất động sản của thành phố.

“Ngành công nghiệp xây dựng chịu trách nhiệm cho gần 40% lượng khí nhà kính. Khoảng 37% tổng số vật liệu được sử dụng trong quá trình xây dựng cuối cùng trở thành rác thải. Công nghệ in 3D cung cấp nhà ở trên quy mô lớn bằng cách tận dụng robot, phần mềm và vật liệu tiên tiến. Bằng cách tận dụng sức mạnh của tự động hóa, chúng ta có thể giảm thiểu cuộc khủng hoảng lao động và năng suất hiện tại, đồng thời tạo ra nhà ở với giá trị tốt hơn, nhanh hơn và giá cả phải chăng hơn” - Melodie Yashar - Giám đốc thiết kế tại ICON - nhận định.

Huỳnh Hằng

Nguồn ảnh: Internet