نقش فولاد چاپی سه بعدی در ساخت و سازهای ساختاری آینده و امیدوار کننده ترین برنامه های آن

چاپ سه بعدی فولاد نشان دهنده نوآوری تحول آمیز در ساخت و ساز ، تعریف مجدد پارادایم های تولید سنتی از طریق آزادی هندسی ، راندمان مواد ، پایداری و سازگاری است.

1. مزایای تکنولوژیکی: تعریف مجدد تولید

1. هندسه پیچیده و بهینه سازی توپولوژی
   ساخت فولاد سنتی (به عنوان مثال ، جوشکاری ، ریخته گری) با طرح های پیچیده ای مانند سازه های شبکه ، اشکال بیومیمی یا کانال های خنک کننده یکپارچه مبارزه می کند. چاپ سه بعدی ساخت بدون درز هندسه های بهینه شده را امکان پذیر می کند. به عنوان مثال ، پل فولادی چاپی MX3D در آمستردام نقاط جوشکاری را 95 ٪ کاهش داد و ضمن افزایش استحکام ، وزن را 40 ٪ کاهش داد. به طور مشابه ، آکادمی علوم چین اجزای فولادی مقاوم در برابر تابش را برای راکتورهای فیوژن چاپ کرد و به بهبود 30 ٪ در اتلاف گرما از طریق ساختارهای شبکه داخلی دست یافت.

2. راندمان مواد و صرفه جویی در هزینه
   تولید مواد افزودنی زباله های مواد را از 70 ~ (در روش های تفریحی) به <5 ٪ کاهش می دهد. آژانس فضایی اروپا (ESA) این کار را با چاپ سه بعدی اجزای فولادی S شکل برای ایستگاه فضایی بین المللی نشان داد و هزینه های حمل و نقل را 60 ٪ کاهش داد. ARUP تخمین می زند که سازه های فولادی با چاپ سه بعدی می توانند انتشار CO2 را 75 ٪ و مصرف مواد را 40 ٪ کاهش دهند.

3. پایداری و اقتصاد دایره ای
   سرباره فولادی و زباله های صنعتی اکنون به "جوهرهای چاپی" چاپ شده سه بعدی بازگردانده می شوند. فناوری Yingchuang از سرباره فولادی پردازش شده برای چاپ دیوارها با استحکام قابل مقایسه با بتن استفاده می کند و به 100 ٪ بازیافت می رسد. گروه Shougang طول عمر تجهیزات را با استفاده از چاپ سه بعدی لیزر با لیزر برای تعمیرات ماشین آلات افزایش داد.

2. برنامه های اصلی: از محیط های شدید گرفته تا ساخت روزمره

1. فضا و محیطهای شدید
   چاپ سه بعدی میکروگراوی ESA از اجزای فولاد ضد زنگ (هزینه 20،000 دلار در کیلوگرم برای حمل و نقل از زمین) راه را برای تعمیرات مورد تقاضا در فضا هموار می کند. پایه های قمری آینده می توانند از چاپ سه بعدی برای تبدیل رگولیت قمری غنی از آهن به اجزای ساختاری استفاده کنند.

2. گره های معماری پیچیده و طرح های سفارشی
   شرکت مهندسی ساخت و ساز ایالتی چین (CSCEC) از چاپ سه بعدی برای ایجاد گره های فولادی سبک و با استحکام بالا برای آسمان خراش ها استفاده می کند ، 25 ٪ وزن را کاهش می دهد و ظرفیت بار را 15 ٪ بهبود می بخشد. قالب های چاپی سه بعدی ETH زوریخ برای نمای آلومینیومی (به عنوان مثال ، "نمای عمیق") وزن 30 ٪ را کاهش می دهد در حالی که مقاومت باد را 20 ٪ افزایش می دهد.

3. تعمیر و تقویت زیرساخت
   رسوب فلزی لیزر (LMD) تعمیرات سریع ریلی را امکان پذیر می کند ، و به سرعت 100 برابر سریعتر از روش های دستی (به عنوان مثال ، سیستم تعمیر ریلی دانشگاه Shijiazhuang Tiedao). برای پل ها ، چاپ سه بعدی ترک ها را با دقت پر می کند و از تعویض کامل پر هزینه جلوگیری می کند.

4. ساخت و ساز مدولار و اضطراری
   خانه های فولادی مدولار چاپی گروه Baowu Group ، زمان ساخت و ساز را با 70 ٪ کاهش می دهد و برنامه های کاربردی و روکش را ادغام می کند. در مناطق فاجعه ، چاپگرهای سه بعدی موبایل می توانند در 24 ساعت پناهگاه ها را مستقر کنند و با زمین هایی مانند کوه ها یا سیل ها سازگار شوند.

3. چالش ها و مسیرهای آینده

1. محدودیت های فعلی

   • هزینه : چاپگرهای فلزی در مقیاس بزرگ 1 متر - 5 متر هزینه دارند ، با این که مواد 80-90 ٪ از هزینه ها را تشکیل می دهند.
   • سرعت : نرخ چاپ (5 کیلوگرم در ساعت) تاخیر در ساخت فولاد معمولی (50 کیلوگرم در ساعت).
   • معیارها : عدم وجود کدهای طراحی یکپارچه و چارچوب های کنترل کیفیت ، پذیرش در مقیاس بزرگ را محدود می کند.

2. نوآوری های نوظهور

   • چاپ AI : پل مجهز به سنسور MX3D از داده های زمان واقعی برای بهینه سازی پارامترهای چاپ از طریق دوقلوهای دیجیتال استفاده می کند.
   • مواد ترکیبی : چاپ کامپوزیت با کنسول فولادی می تواند نقاط قوت کششی و فشاری را ادغام کند.
   • روباتیک شمشیر : ناوگان چاپگر موبایل ممکن است با غلبه بر محدودیت های اندازه ، مگدانهای موجود در محل را چاپ کند.

3. سیاست و همکاری صنعت
   دولت ها باید اتحادهای تحقیق و توسعه را تحریک کنند (به عنوان مثال ، مشارکتهای Airbus-Addup برای چاپ فضا) و بازیافت زباله ها (به عنوان مثال ، سرباره فولادی) را برای فعال کردن اقتصادهای دایره ای استاندارد می کنند.

فولاد چاپی سه بعدی در حال انتقال از آزمایشگاه ها به پروژه های دنیای واقعی است. کوتاه مدت (2025-2030) ، این برنامه ها بر برنامه های طاقچه مانند زیرساخت های فضایی ، ساختمان های برجسته و تعمیرات مهم حاکم خواهد بود. بلند مدت (پس از 2030) ، با کاهش هزینه ها (<500 دلار در هر چاپگر) و "جوهر" بازیافت شده ، ممکن است در ساخت و سازهای اصلی انقلابی ایجاد کند و صنعت را به سمت شیوه های زباله صفر ، هوشمند و دایره ای سوق دهد. ذینفعان باید در پایگاه داده های مادی و استعدادهای بین رشته ای (ادغام متالورژی ، هوش مصنوعی و طراحی) سرمایه گذاری کنند تا رهبری در این تغییر پارادایم را تضمین کنند .