พิมพ์บ้านในฝันด้วยตัวคุณเอง

โดยปกติบ้านหนึ่งหลังใช้เวลาสร้างราว 6 เดือน เริ่มจากวางฐานรากโดยช่างปูน ตามด้วยงานก่อผนังอิฐและปิดท้ายด้วยการมุงหลังคา จึงนับเป็นข่าวดีสำหรับทั้งโลก เมื่อบริษัท หวินซัน (WinSun) จากประเทศจีนประกาศในปี 2014 ว่า สามารถสร้างบ้านทั้ง 10 หลังเสร็จภายในเวลา 24 ชั่วโมง ปกติแล้ว งานก่อสร้างที่รวดเร็วเช่นนี้ต้องใช้คนงานจำนวนมาก แต่หวินซันกลับใช้เครื่องพิมพ์สามมิติขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียว

เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติเกิดขึ้นมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 และยังคงใช้หลักการเดิมในการทำงานจนถึงทุกวันนี้ นั่นคือใช้คอมพิวเตอร์ สร้างแบบจำลองสามมิติของวัตถุโดยกำหนดสัดส่วนอย่างละเอียด จากนั้นหัวพิมพ์จะเริ่มพิมพ์วัสดุ เช่น พลาสติกหรือคอนกรีตออกมาทีละชั้นเรียงต่อกันจนได้รูปทรงที่สมบูรณ์

ช่วงแรกเราใช้การพิมพ์สามมิติเพื่อพิมพ์ชิ้นงานต้นแบบอย่างรวดเร็วระหว่างที่บริษัทกำลังออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ แทนที่จะให้โรงงานหรือช่างฝีมือสร้างขึ้นมา ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ ราคาของเครื่องพิมพ์สามมิติลดลงอย่างเห็นได้ชัดและกลายเป็นอุปกรณ์ยอดนิยมที่หลายบ้านมีไว้ใช้งาน ความนิยมที่เกิดขึ้นทั่วโลกทำให้เกิดการทดลองใช้การพิมพ์สามมิติเพื่อพิมพ์สิ่งต่างๆ ตั้งแต่ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์ เครื่องมือรูปแบบใหม่ รวมถึงเครื่องพิมพ์สามมิติเครื่องใหม่มาใช้งานด้วย

ปัจจุบันอุตสาหกรรมก่อสร้างนำหลักการนี้มาปรับใชัโดยทดลองนำเครื่องพิมพ์สามมิติขนาดยักษ์มาใช้งานในฐานะช่างก่อสร้างแห่งอนาคต

ออกแบบบ้านใหม่ตามใจชอบ

การนำเครื่องพิมพ์สามมิติมาใช้ในไซต์งานก่อสร้างแทนช่าง ไม่เพียงแต่จะทำให้การก่อสร้างเสร็จเร็ว และปลอดภัยกว่าเดิม เครื่องพิมพ์เหล่านี้ยังนำไปปรับใช้งานที่หลากหลายได้อีกด้วย อาคารที่สร้างขึ้นโดยเครื่องพิมพ์สามมิติ สมัยใหม่ไม่จำเป็นต้องมีหน้าตาเหมือนกันอีกต่อไป เพราะคุณปรับเปลี่ยนแบบจำลองบ้านในคอมพิวเตอร์ได้ตามต้องการ นอกจากนี้ บ้านที่พิมพ์ขึ้นมายังสามารถเว้นช่องว่างไว้สำหรับติดตั้งเต้ารับสำหรับปลั๊กไฟหรือการเดินท่อประปา โดยไม่ ต้องกังวลถึงข้อจำกัดของวัสดุก่อสร้าง เมื่อคุณรู้ว่า วันหนึ่งบ้านของคุณจะต้องมีโต๊ะสนุกเกอร์วางอยู่กลางห้อง คุณก็กำหนดแบบบ้านให้มีพื้นที่สำหรับการเดินรอบโต๊ะสนุกเกอร์ได้อย่างสะดวก หรือถ้าคิดจะสร้างห้องนั่งเล่นขนาดใหญ่ที่มีพื้นที่เป็นรูปวงกลมพร้อมกับมีช่องรับแสงอยู่กลางบ้าน ก็ทำได้ไม่ยาก การออกแบบนี้ต้องอาศัยช่างที่มีความชำนาญเป็นพิเศษ แต่สำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติแล้ว มันจะทำงานทั้งหมดนี้ตามคำสั่งอย่างง่ายดาย

โครงการก่อสร้างผุดขึ้นเป็นดอกเห็ด เครื่องพิมพ์สามมิติยังมีข้อจำกัดด้านการก่อสร้างอีกหลายข้อ หนึ่งในนั้นก็คือการพัฒนาวัสดุก่อสร้างที่ใช้ในการพิมพ์ แม้แต่เครื่องพิมพ์สามมิติที่ดีที่สุดในตอนนี้ก็ยังพิมพ์วัสดุได้เพียงชนิดเดียว ซึ่งเราก็ทราบกันดีว่าบ้านแต่ละหลังสร้างขึ้นด้วยวัสดุหลากหลายชนิด

หากคุณต้องแยกเครื่องพิมพ์สามมิติตามวัสดุที่ใช้พิมพ์ให้ครบทุกชนิด เทคโนโลยีนี้คงไม่มีทางเทียบชั้นกับคนงานก่อสร้างที่มีความชำนาญ รวมถึงการผลิตคอนกรีตคราวละมากๆ ได้อย่างแน่นอน ที่สำคัญกว่านั้นคือยังไม่มีวัสดุก่อสร้างสำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติที่เหมาะสม เพราะคอนกรีตที่ใช้ในการสร้างฐานรากของอาคารนั้นยังนำมาใช้กับเครื่องพิมพ์สามมิติไม่ได้ หากจะหาคอนกรีตที่ใช้กับเครื่องพิมพ์ได้ สิ่งสำคัญก็คือการคำนวณความหนาและส่วนผสมที่เหมาะสมเพื่อให้คอนกรีตแข็งตัวอย่างรวดเร็วและทนทานเพียงพอต่อการใช้งาน

สถาปนิก วิศวกร และช่างก่อสร้างจะต้องเรียนรู้หลักการทำงานของเทคโนโลยีใหม่ ในส่วนของวงการธุรกิจและการดูแลข้อกฎหมายที่เกี่ยวข้องก็ต้องปรับตัวอีกหลายปี เนื่องจากเทคโนโลยีการก่อสร้างด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติยังใหม่อยู่ จึงต้องมีบริษัทที่กล้าบุกเบิกเส้นทาง เพื่อทำให้ทุกคนเห็นว่าเครื่องพิมพ์สามมิติจะมีบทบาทสำคัญต่ออุตสาหกรรมการก่อสร้างในอนาคต

งานวิจัยในตอนนี้ถือว่าประสบความสำเร็จไปขั้นหนึ่งแล้ว โดยสังเกตได้จากวัสดุชนิดใหม่ที่แข็งแรงและนำไปใช้งานกับเครื่องพิมพ์สามมิติได้หลายรูปแบบ หนึ่งในนั้นก็คือคอนกรีตสูตรพิเศษ ที่บริษัทหวินซันใช้ รัฐบาลสิงคโปร์เองก็กำลังวางแผนสร้างบ้านสำหรับคนชราโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติเช่นกัน เพื่อแก้ปัญหาการขาดแคลนที่อยู่อาศัยราคาประหยัดในเขตตัวเมือง

บ้านที่พิมพ์ขึ้นมาเพื่อผู้ยากไร้

ในอนาคตประชากรโลกส่วนใหญ่อาจไม่มีที่อยู่อาศัยเป็นของตัวเอง ประชากรที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ทำให้ผู้คนจำนวนมากอพยพเข้ามาในเมืองใหญ่ และนำไปสู่ปัญหาการขาดแคลนที่อยู่อาศัยได้

ผู้เชี่ยวชาญชาวอิตาเลียนได้ตั้งโจทย์ขึ้นมาข้อหนึ่งสำหรับพัฒนาเครื่องพิมพ์สามมิติที่ประหยัดไฟกว่าเดิมเพื่อนำไปใช้ในประเทศโลกที่สาม นั่นคือเครื่องพิมพ์บิ๊กเดลต้า (Big Delta) ซึ่งพิมพ์ขึ้นมาจากโคลน ดินเหนียวน้ำ ดินร่วนและเส้นใยพืชได้ ต้นทุนการผลิตของเครื่องพิมพ์นี้ต่ำมาก และยังใช้ไฟเพียง 100 วัตต์ ซึ่งเทียบได้กับโทรทัศน์ขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียว นักวิทยาศาสตร์ตั้งใจที่จะนำเครื่องพิมพ์ไปติดตั้งในย่านที่มีคนยากจนอาศัยอยู่ ซึ่งมักจะถูกคุกคามด้วยภัยธรรมชาติเพื่อให้การฟื้นฟูสภาพของเมืองเป็นไปอย่างทันท่วงที

ข้อมูลองค์การสหประชาชาติ ระบุว่า ทั่วโลกจะมีการสร้างบ้านมากถึง 1 แสนหลัง/วัน ก่อนถึงปี 2030 นักวิทยาศาสตร์จึงร่วมกันคิดค้นให้เครื่องพิมพ์สามมิติรุ่นใหม่ทำงานได้รวดเร็วขึ้นเพื่อช่วยเหลือผู้ยากไร้นับล้านในอนาคต

เครื่องพิมพ์ขนาดยักษ์ สร้างบ้านใหม่ในวันเดียว

สร้างบ้านใหม่ในวันเดียว เครื่องพิมพ์สามมิติขนาดใหญ่ที่เทคอนกรีตเป็นชั้นบางๆ ทีละชั้นช่วยสร้างบ้านในฝันให้เจ้าของ หนึ่งในวิธีการพิมพ์ชิ้นงานแบบสามมิติซึ่งใช้หลักการที่ง่ายที่สุดและใช้มานานก็คือ การใช้หัวฉีดค่อยๆ ฉีดวัสดุพิมพ์ซ้อนทับกันทีละชั้น เทคนิคการก่อสร้างวิธีใหม่ที่เรียกว่า “การปลูกสร้างตามแนวระดับ” ใช้หลักการเดียวกันนี้กับสิ่งก่อสร้างที่มีขนาดใหญ่ขึ้น

ในช่องว่างที่อยู่ภายในโครงผนังแบบซิกแซ็กเพื่อเพิ่มความแข็งแรง โดยเติมสารช่วยเร่งการแข็งตัวของคอนกรีตเข้าไปด้วยเพื่อให้เครื่องพิมพ์สร้างชั้นคอนกรีตหนา 13 ซม. ได้ในแต่ละชั่วโมง การทำงานของเครื่องพิมพ์สามมิติจะทำตามโครงสร้างสุดท้ายที่วาดเข้าไปในคอมพิวเตอร์โดยจะเว้นช่องว่างสำหรับท่อประปา และช่องเสียบปลั๊กไฟไว้ให้ตามคำสั่งที่โปรแกรมกำหนดไว้