Công nghệ in 3D tạo ra các tòa nhà đồ sộ từ đất

Một nhóm các nhà khoa học Mỹ vừa sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các tòa nhà đồ sộ từ đất. Công nghệ này được kỳ vọng sẽ giúp hình thành các công trình xây dựng ở cả các hành tinh khác ngoài Trái Đất.

Giáo sư hóa học và khoa học kỹ thuật vật liệu Sarbajit Banerjee (Đại học Texas A&M, Mỹ) cho biết, phương pháp in 3D cho phép họ in toàn bộ mặt tiền kiến trúc.

Trước đó, bê tông vẫn là vật liệu chính được sử dụng trong nhiều dự án xây dựng nhưng nó không thể tái chế và cần nhiều nguồn lao động để trộn và vận chuyển. Mục đích của nhóm nghiên cứu là in các cấu trúc bằng cách sử dụng loại đất có thể tìm thấy trong bất kỳ khu vườn nào.

Các nhà nghiên cứu cũng đặt kỳ vọng, trong tương lai, công nghệ in 3D tận dụng nguyên liệu từ đất có thể trở thành giải pháp thay thế bền vững cho bê tông. Bên cạnh đó, việc sử dụng các vật liệu địa phương (như đất) sẽ làm giảm nhu cầu vận chuyển bê tông trên quãng đường dài, giảm tác động môi trường của các tòa nhà.

“Mặc dù việc sử dụng bê tông rộng rãi đã thúc đẩy quyền tiếp cận nhà ở và thúc đẩy sự phát triển của các thành phố, nhưng điều này đã phải trả một cái giá đáng kể về môi trường. Việc chuyển sang bê tông in 3D có nguy cơ làm trầm trọng thêm vấn đề này. Tuy nhiên, mô hình xây dựng mới mà chúng tôi hướng đến sử dụng các vật liệu có nguồn gốc tự nhiên. Những vật liệu này sẽ mở đường cho việc xây dựng những thiết kế đặc biệt thích ứng với nhu cầu của khí hậu địa phương, thay vì những ngôi nhà khuôn mẫu”, Giáo sư Banerjee nói.

Toàn bộ mặt tiền kiến trúc của một tòa nhà ở Dubai, Ấn Độ được xây dựng bằng công nghệ in 3D.

Nhóm nghiên cứu cho biết, đất thường được phân loại theo các lớp vật liệu, bắt đầu từ lớp hữu cơ trên cùng, nơi thực vật phát triển và kết thúc ở lớp nền cứng của vỏ trái đất. Bên dưới lớp hữu cơ ban đầu là đất sét, tạo cho đất đặc tính dẻo, có thể nặn được. Các nhà nghiên cứu đã tận dụng lớp đất sét trong dự án của họ.

Các nhà khoa học đã bắt đầu bằng cách thu thập các mẫu đất từ sân sau nhà của một đồng nghiệp và điều chỉnh vật liệu bằng một loại phụ gia mới thân thiện với môi trường để chúng liên kết với nhau và dễ dàng đùn qua máy in 3D. Bởi vì các loại đất khác nhau rất nhiều theo vị trí địa lý, mục đích của họ là tạo ra một “bộ công cụ” hóa học có thể biến đổi bất kỳ loại đất nào thành vật liệu xây dựng có thể in được.

Từ đó, các nhà khoa học đã xây dựng các cấu trúc thử nghiệm quy mô nhỏ, các hình khối có kích thước 5 cm mỗi cạnh, để xem vật liệu hoạt động như thế nào khi đùn thành các lớp xếp chồng lên nhau. Bước tiếp theo là họ phải bảo đảm rằng hỗn hợp vật liệu chịu được tải trọng, nghĩa là nó sẽ chịu được trọng lượng của các lớp cũng như các vật liệu khác được sử dụng trong xây dựng như thanh thép và vật liệu cách nhiệt.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã tăng cường hỗn hợp đất sét bằng cách phủ các lớp cực nhỏ trên bề mặt của nó để ngăn nó hấp thụ nước và giãn nở, điều này sẽ làm tổn hại đến cấu trúc in. Với phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu có thể chịu trọng lượng gấp đôi so với hỗn hợp đất sét không biến tính. Tiếp theo, nhóm nghiên cứu cải thiện khả năng chịu tải của đất để mở rộng quy mô thử nghiệm và tiến gần với việc thay thế bê tông nhất có thể. Ngoài ra, họ còn thu thập dữ liệu để xem liệu các cấu trúc in 3D này có thân thiện với môi trường như họ hình dung hay không, đặc biệt là về lượng khí thải carbon và tiềm năng tái chế.

“Chúng tôi xem nghiên cứu này không chỉ là phương tiện thay thế bê tông mà còn cho phép xây dựng trong những môi trường khó khăn. Thí dụ, chúng tôi đã làm việc để giải quyết vấn đề xây dựng những con đường phù hợp với mọi thời tiết ở cận Bắc Cực. Công nghệ này một ngày nào đó có thể được sử dụng bên ngoài Trái đất để tạo ra các khu định cư trên mặt trăng hoặc thậm chí là trên sao Hỏa”, Giáo sư Banerjee nhấn mạnh.