كونتور تشيكنج هو تقنية طباعة مبنى يجري بحثها من قبل بهروخ خوشنيفيس من معهد علوم المعلومات بجامعة جنوب كاليفورنيا (في مدرسة فيتربي للهندسة) التي تستخدم رافعة متحركة بالكمبيوتر أو رافعة جسرية لبناء الصروح بسرعة وكفاءة مع عمالة يدوية أقل بكثير. كان في الأصل تصور كوسيلة لبناء قوالب لقطع الغيار الصناعية. قرر خوشنيفيس تكييف التكنولوجيا لبناء المنازل السريعة كطريقة لإعادة البناء بعد الكوارث الطبيعية ، مثل الزلازل المدمرة التي ابتليت بها وطنه إيران.

باستخدام تشكيل سريع ، تشبه المادة الخرسانية ، تشكل الحواف الكنتورية طبقة جدران المنزل بطبقة حتى تصدرها الأرضيات والسقوف التي وضعتها الرافعة. المفهوم النظري يدعو إلى إدخال المكونات الهيكلية ، والسباكة ، والأسلاك ، والمرافق ، وحتى أجهزة المستهلك مثل الأنظمة السمعية البصرية حيث يتم بناء الطبقات.

المميزات
وتتكون التقنية من البثق (البثق) للطبقة بعد طبقة من الخرسانة الخاصة على طول المسار الذي وضعه البرنامج ، مما أدى إلى نمو جدران المبنى ، وبالتالي حصلت التكنولوجيا على هذا الاسم. في هذا ، فإنه يشبه إلى حد كبير الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية باستخدام تقنية Stratasys FDM® (طبقات من الألياف الحرارية المسخنة وفقًا لملف العمل).

ومن مميزات هذه التقنية توصيل أداة إضافية من الماكينة ، وهي عبارة عن مناور يعمل على تثبيت العناصر الهيكلية الداعمة والمدعمة ، والاتصالات الهندسية (وصلات العبور ، وعوارض أرضية / عوارض تغطية ، وهياكل الجمالون ، وصواني ، ومداخن ، وقنوات تهوية ، وما إلى ذلك).

إن مواد البناء المستخدمة في بناء العناصر الهيكلية الداعمة (الجدران والأرضيات) هي عبارة عن خرسانة مسحوقية سريعة التفاعل ، معززة بخيوط من الصلب أو البوليمر. من مميزات خرسانة تفاعل البساط هو غياب الركام الخشن بدون خسارة في نسبة المكوّنات / المكوّنات الصلبة ، بالإضافة إلى أعلى خصائص الأداء. كما يمكن استخدام أنواع أرخص من الخرسانة ، مثل الخرسانة الرملية والحبيبات المعدلة بالمواد المضافة (المواد الملدنة ، والمسرعات المتصلبة ، والألياف).

يمكن تطبيق تكنولوجيا التعزيز التكنولوجيا المبتكرة الأطر المنسوجة شبكة المحتوى. من الناحية النظرية ، يمكن ربط هذه الأطر في بنية واحدة أثناء البناء.

تكمن ميزة التكنولوجيا في سرعة البناء. ووفقا للسيارة ، يمكنها بناء مبنى سكني بمساحة 150 متر مربع. في 24 ساعة

العيب هو التعقيد ، وفي بعض الحالات ، استحالة بناء المباني ذات المخطط المفتوح والأشكال المعمارية المعقدة بسبب الحاجة إلى إنشاء هياكل داعمة.

التاريخ
قدمت شركة كاتربيللر التمويل للمساعدة في دعم أبحاث مشروع Viterbi في صيف عام 2008.

في بداية العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، تتوافر المبادئ النظرية والتعليقات الأولية ، ويختبر العديد من المؤلفين أو يخططون لمستقبل أنظمة البناء التلقائي للمباني بأكملها بواسطة الروبوتات أو روبوت واحد متعدد المهام.

في السنوات من 2002 إلى 2004 ، كان تطوير الأتمتة في البناء أبطأ مما كان عليه في مجالات أخرى (الروبوتات الآلية والصناعية على وجه الخصوص) ، ولكنه اعتمد على النماذج الأولية السريعة عن طريق إضافة المواد المستخدمة في فروع الصناعة الأخرى ، وبعد تحسين رؤوس البثق والتكيف من المواد (الاسمنت ، الجص ، السيراميك غير المؤمن ، باستخدام مبدأ Adobe ، البلاستيك ، الراتنج ، البوليمرات أو الخلائط …) هو الآن متقدم من الناحية النظرية بما فيه الكفاية للسماح بالبناء الإضافي ، بما في ذلك القمر والكواكب الأخرى وفقًا لـ Khoshnevis من الجامعة جنوب كاليفورنيا.

في عام 2007 ، هناك بديل لرافعة السفر العلوية قيد النظر: استخدام رأس الطباعة الموجه في الفضاء عن طريق حركات الكابلات التي يتم تعليقها ، يتم التحكم في هذه الحركات بواسطة الكمبيوتر ؛ تتم دراسة هذا الخيار من قبل Bosscher وزملائه في ولاية أوهايو وتحسن في عام 2008.

في عام 2008 ، قررت شركة Caterpillar Inc. توفير الأموال لدعم مشاريع البحوث Viterbi (صيف 2008).

في عام 2009 ، أنشأ طلاب الدراسات العليا من جامعة Singularity University (جامعة سيليكون فالي غير رسمية) مشروع ACASA ، مع خوشنفيس كمدير مشروع ، لتسويق تقنية “Contour Crafting” (CC) ..

في عام 2010 ، يقول خوشنيفيس أنه سيكون قادرًا على بناء روبوت (هاوس-بوت) على منزل كامل في يوم واحد مع رافعة أو رافعة جسرية كهربائية (يمكن تشغيلها بواسطة مصدر طاقة نظيف وآمن ومتجدد للكهرباء الخضراء) من خلال إنتاج القليل جدًا إهدار مواد البناء. إذا تم تحقيق هذا التحدي ، يمكن لهذه التقنية أن تحد بشدة من الأثر البيئي والبصمة الكربونية والبصمة البيئية لبناء المنازل.

في نفس العام 2010 ، أعلن خوشنيفيس أن NASAis يقيمون إمكانية استخدام Contour Crafting لبناء قواعد على كوكب المريخ و / أو القمر ، والتي تتطلب أيضا القدرة على جمع ونقل وإعداد المواد القمرية بتكلفة معقولة ، السؤال الذي تمت دراسته قبل عامين من قبل Zacny et al. وزينج آل (2007).

في عام 2013 ، وبناءً على العمل السابق (2005) ونظراً لاحتمالية الإنشاء في الموقع لمختبر على سطح القمر ، تتحكم ناسا في دراسة صغيرة في جامعة جنوب كاليفورنيا لتنقيح تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه من خلال النظر ، من بين التطبيقات المحتملة ، في البناء من الهياكل أو البنى التحتية التي يمكن بناؤها على القمر في وضع ISRU (استخدام الموارد في الموقع) ، وهذا يعني مع مادة تحتوي على ما لا يقل عن 90 ٪ من المواد القمرية وليس أكثر من 10 ٪ من المواد المستوردة من الأرض.

أول مبنى فرنسي مطبوع في 3D (YHNOVA ، السكن الاجتماعي ، أعلن في مارس 2017) يجب أن يولد في نانت ، على أساس تقنية “Batiprint3D” ، الحاصلة على براءة اختراع من جامعة نانت ، وتم تصميمها مع CNRS ، المدرسة المركزية ، Inria و IMT Atlantique ، وحاصلة على براءة اختراع من جامعة نانت.

صرح خوشنيفز في عام 2010 أن ناسا تقوم بتقييم كونتور سيبنجت لتطبيقه في بناء قواعد على المريخ والقمر. بعد ثلاث سنوات ، في عام 2013 ، قامت ناسا بتمويل دراسة صغيرة في جامعة جنوب كاليفورنيا لتطوير تقنية الطباعة Contour Crafting 3D. وتشمل التطبيقات المحتملة لهذه التقنية بناء هياكل القمر لمادة يمكن بناءها من مواد القمر بنسبة 90٪ مع 10٪ فقط من المواد المنقولة من الأرض.

في عام 2017 ، أعلنت شركة Contour Crafting Corporation (التي يديرها Khoshnevis) عن شراكة مع Doka Ventures واستثمارها. في البيان الصحفي ، يدعون أنهم “سوف يبدأ تسليم الطابعات الأولى في مطلع العام المقبل”

المبدأ
تم تصميم المنزل على جهاز الكمبيوتر ثم يتم توجيه البيانات إلى الطابعة ثلاثية الأبعاد. الطابعة ثلاثية الأبعاد هي روبوت عملاق آلي بالكامل أكبر من المبنى ؛ يتم الحصول على الخرسانة الخاصة والخرسانة سريعة التصلب عبر الحاويات الخرسانية.

أولاً ، يصب الروبوت الآلي طبقة من طبقة باستخدام الخرسانة الخاصة سريعة الصلابة. وتضع فوهة الرش التي يتم التحكم بها بواسطة الكمبيوتر آثارًا رقيقة للخرسانة على الأرض ، والتي يتم جلبها إلى شكلها النهائي بواسطة مسامير معلقة على الجانب. ثم يتم تعبئة الإطار مع الخرسانة العادية. وعلاوة على ذلك ، يمكن تقديم أطر الصلب الجاهزة أو ما شابه معها. وبالتالي ، يتم إنشاء المبنى بالضبط بعد رسم الكمبيوتر.

تم تطوير هذا المبدأ من النماذج الأولية السريعة من قبل الباحث الأمريكي بهروخ خوشنيفيس ، وهو أستاذ في جامعة جنوب كاليفورنيا ، لوس أنجلوس.

أساليب
بشكل عام ، تسمح الأنظمة التلقائية بإدارة المواد المضافة أو التكوينية أو الاستسلالية. يمكنهم أيضا الجمع بين – في الموقع – هذه النهج الثلاثة.

تتكيف طريقة CC (تصميم الكنتور) مع حاجات برمجيات البناء الكبيرة وأدوات الأجهزة التي تم إنشاؤها لآلة أو إنتاج قوالب لإنتاج الأجزاء الصناعية للمسابك والزجاج أو البلاستيك ثم للطابعات ثلاثية الأبعاد.

منذ منتصف تسعينات القرن الماضي ، قام خوشنيفيس بتكييف هذه التقنيات تدريجياً مع مشروع بناء المنازل السريعة ، والذي يمكن تنفيذه ، على سبيل المثال ، بعد الكوارث الطبيعية المدمرة (تسونامي ، زلازل) مثل الزلزال. ضرب وطنه ، إيران) أو حتى على الكواكب الأخرى في سياق استكشاف الفضاء مع وجود الإنسان. في أوروبا ، ابتكر الإيطالي Enrico Dini جهازه الخاص المسمى D-Shape والذي يرسب طبقات من الرمل المتصلب من مادة رابطة غير عضوية لإنتاج أجسام يصل ارتفاعها إلى ستة أمتار (في عام 2014).

في الحالة الأولى ، مادة سريعة الإعداد كالخرسانة من الرمل والأسمنت المستخدمة مع شكل “مجموعة مسرع” – طبقة بطبقة – الجدران وعناصر المنزل ، إلى الأرضيات والسقوف والسقف التي أقامتها الرافعة الجسرية أو رافعة.

يتم توفير الفراغات اللازمة لإدخال السباكة والأسلاك الكهربائية والحاسوبية والتهوية أو المواد العازلة في المخطط المحوسب ، لكن الروبوت وجسره الهوائي يمكن نظريا تركيب الأنابيب أو بعض العناصر الثانوية في الهيكل ، أو العناصر الزخرفية والحماية. مثل الفسيفساء والبلاط والجص والدهانات وما إلى ذلك.

بدائل أو متغيرات بيئية
إنهم يسعون إلى استخدام المواد الأساسية المتوفرة على نطاق واسع ولها بصمة بيئية صغيرة (الرمل والحصى والطين ، إلخ) واستخدام مصدر حر ومأمون للطاقة مثل الطاقة الشمسية (المحولة إلى كهرباء وفي شكل حرارة ) ..

في الآونة الأخيرة (2012-2013) ، استخدمت التجارب الفنية و / أو التقنية آلات صنع الأشياء أو الزينة في الرمال ، وأحيانًا كبيرة الحجم. هذا هو الحال على سبيل المثال:

مجموعات أو عناصر من الهندسة المعمارية المطبوعة (أو “الهندسة الحسابية”) التي تنتجها المهندسين المعماريين مايكل هانسمير وبنيامين ديلينبيرغر ، مع قسم الهندسة المعمارية في ETH زيورخ 36. في هذه الحالة ، تصنع الطابعة ثلاثية الأبعاد كائنات كبيرة (أعمدة ، حوائط ، غرف) مصنوعة من الرمال. تم تشكيل القطع من خوارزميات تهدف إلى إنتاج أجسام معمارية معقدة وزخرفية بشكل سريع يكاد يكون من المستحيل تحقيقها بواسطة وسائل النحت الكلاسيكي ، والتي يجب عرضها في فرنسا في FRAC في أورليانز في عام 2014

تماثيل أو أدوات مساعدة تم بناؤها بواسطة “روبوت بخاخ روبوت” الذي يتحكم فيه الكمبيوتر وقادر على الطباعة في اتجاهات متعددة في وقت واحد (في طائرتين ، عمودي وأفقي) لإنتاج أشكال معقدة ، وربما ذاتية الدعم (الأثاث ، الجدران والمنحوتات. مبنية على رمال مكدسة بغراء (شهادة بيئية معتمدة من LEEED (القيادة في الطاقة والتصميم البيئي) ، مع مصدر طاقة هو عبارة عن لوحة شمسية. تم إنتاج هذا الروبوت من قبل Shergill ، Anna Kulik و Petr Novikov ، تحت إشراف Jordi Portell ، Marta Male Alemany and Miquel Iloveras of the IAAC (Catalan Institute for Advanced Architecture (Institute for Advanced Architecture of Catalonia؛

الأشياء في الرمل الذائب يتم إنتاج الانصهار عن طريق تركيز شعاع ضوء الشمس على طبقة متجددة من رمال الصحراء. كان ماركوس كايسر هو أول من طور أول نموذج بسيط جدا ، تم اختباره بنجاح في الصحراء الكبرى ، باستخدام عدسة فرينيل بسيطة مدفوعة بجهاز كمبيوتر مدعوم بألواح شمسية (“مشروع الطاقة الشمسية”). تركز العدسة على حرارة الشمس على الرمل المضاف في طبقة الماكينة حسب الطبقة ، ويتم برمجة الشكل كنموذج رقمي.

يقوم برنامج P Beرومخ خوشنيفيس ، مع جامعة جنوب كاليفورنيا وتمويل مؤسسة ناسا ومعهد كال ايرث في عام 2014 ، باختبار “طابعة عملاقة ثلاثية الأبعاد” مع مشروع بناء منزل في غضون 24 ساعة. الطابعة هنا هي روبوت يثبت الخرسانة وفقًا لخطة مخزنة في الكمبيوتر الذي يتحكم فيها.

ووفقاً لمؤيدي هذا الأسلوب ، يمكن لهذه الروبوتات أن تبني في المستقبل – بمواد يتم جمعها (أو يعاد تدويرها) في الموقع – المباني المدنية والعسكرية ، ومهابط الطائرات ، والطرق ، والحظائر أو الجدران الإشعاعية ، فضلاً عن البنى القابلة للسكن على القمر أو المسيرة أو بيئات خارج الأرض الأخرى. تتم الاختبارات في مختبر يقع في صحراء ناسا (D-RATS). تم اختبار هذه العملية أو تم اختبارها على نطاق ضيق (مشروع “مبادرة مستقبل / سياسة المدن”) (2004) وتعتبرها الصناعة لعدة سنوات.

يستخدم مشروع “3D Print Canal House” طابعة ذات حجم وسيط ، تعمل في حاوية ، تسمى “Kamermaker” سهلة الإحضار في الموقع (اختبار جاري في هولندا 49) ، عناصر من الجدران يمكن تجميعها بسهولة في المربع ؛ في هذه الحالة ، يتم استخدام البلاستيك المستخدم من 75 ٪ من الزيوت النباتية ، ولكن يتم اختبار أنواع أخرى من البلاستيك.

تسويق
قامت شركة Caterpillar بتمويل مشروع مدرسة Viterbi منذ عام 2008.

كما يقول خوشنيفيس أن ناسا تقوم بتقييم البناء الخارجي كطريقة لبناء قواعد لاستعمار المريخ والقمر.

في عام 2009 ، أنشأ الطلاب الجامعيين من جامعة Singularity مشروع ACASA مع Khoshnevis في شركة CTO لتسويق البناء من خلال خطوط العرض.

أمامية
يوجد مفهوم التصنيع الإضافي بين صانعي النماذج الذين يستخدمون الطين والشمع والهندسة المعمارية في الحرفيين أو المصممين الذين يستخدمون الجص أو الجص. لقد كان بناء الجدران الطبقية من الطوب (banchage) الممزوج أو ليس بالألياف والقش والألياف ، وما إلى ذلك ، موجودًا منذ العصور القديمة ، ولكن من المحتمل الآن أن يكون مؤتمتًا بالكامل ومتسارعًا ولم يعد يتطلب صب الخرسانة.

التنفيذ
يعد D-Shape أحد أنجح أنظمة البناء الكنتوري ، وهو مطور Enrico Dini. يتيح D-Shape لك تنفيذ المباني دون تدخل بشري. في هذه الحالة ، يستخدم D-Shape تقنية خاصة لتحويل الرمل إلى معدن ذي خصائص الجريزوفولفين ، تتفوق خصائصه على الأسمنت البورتلاندي. وفقا لبعض المطالبات ، لا تتطلب هذه المواد التعزيز. يشار إلى أن D-Shape تسمح لك بتسريع عملية البناء حتى أربع مرات مقارنة بالطرق التقليدية.

في عام 2009 ، قام نظام D-Shape بالفعل ببناء مبنى بارتفاع 3 أمتار.

في عام 2014 ، بدأت طفرة في مجال إنشاء المباني باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الخرسانة.

خلال عام 2014 ، أعلنت شركة WinSun في شنغهاي ، أول بناء لعشرة منازل مطبوعة ثلاثية الأبعاد ، أقيمت خلال 24 ساعة ، ثم طبعت منزلاً من خمسة طوابق وقصرًا.

اجتازت جامعة جنوب كاليفورنيا أول اختبارات لطابعة ثلاثية الأبعاد عملاقة يمكنها طباعة منزل بمساحة إجمالية تبلغ 250 مترًا مربعًا في اليوم.

محتمل
تم إنشاء نماذج تجريبية أكثر أو أقل في نهاية القرن التاسع عشر وساعدت على إنتاج أجزاء تدريجية بشكل متزايد ، عادة ما تكون منفردة من نفس اللون وبنفس اللون.

كانت الطابعة ثلاثية الأبعاد في بادئ الأمر خيال علمي (قام آرثر سي. كلارك بإثارة “آلة مكررة” في الستينات ، وهي آلة من شأنها أن تكرر الأشياء أثناء طبعها للكتب ، والتي سيكون لها تأثير إيجابي عميق على المجتمع: “ستتكيف الإنسانية كما هو الحال في الماضي “أو القصص المصورة (في عام 1972 ، في الرسوم المتحركة Tintin وبحيرة Shark ، اخترع الأستاذ Tournesol آلة تصوير ثلاثية الأبعاد مطمعا على الفور من قبل Rastapopoulos لتصنيع زائف من خلال تكرار الأعمال الفنية المسروقة من المتاحف الكبرى).

تشير الحلول الفنية الموجودة في التسعينيات إلى إمكانية إنشاء مبنى آلي أو مجموعة مؤتمتة بشكل سريع ومتكامل ، مع لوحة آلية ، وتركيب روبوت للبلاط وعناصر ديكورية أو وظيفية أخرى مثل أنابيب المياه أو الغاز أو تكييف الهواء أو التهوية ، وتكامل الكابلات الكهربائية والإلكترونية أو الألياف البصرية ، إلخ.

في عام 2014 ، يوجد جراحي الروبوت ، بما في ذلك جراحة الدماغ. بعض الروبوتات الطبية يمكن التحكم فيها عن بعد (عن بعد) وتحت نماذج التطوير يمكن أن تتكيف بالفعل في حركات تنفسية في الوقت الحقيقي أو ردود أفعال المريض. يقترحون أن دقة الطباعة ثلاثية الأبعاد المطبقة على البنية يمكن أن تتقدم أكثر.

وبالمثل ، من المرجح أن تزداد أنواع المواد في المستقبل مع التقدم التقني. كما يتم النظر أيضا في المواد التفاعلية أو “الذكية” المنظمة لتخزين أو إجراء أو تصفية الهواء والماء والرطوبة والسعرات الحرارية أو الفروج والمعلومات وغيرها.

يمكن أن تحفز الشركة المحاكاة الحيوية المهندسين والمهندسين المعماريين وتقدم أفكارًا جديدة للإسكان البيئي مع بصمة بيئية منخفضة للغاية ، دون “بصمة مائية” أو بصمة كربونية ، أو من المحتمل أن تسدد ديونها البيئية. على سبيل المثال ، يمكن استلهام مثل هذه الإنشاءات من النموذج البنّاء لبعض تلال النمل الأبيض ، والكائنات الحيوية ، و / أو الكائنات الحية الضوئية ، الخ ، باستخدام الروبوتات الصغيرة القادرة على إنتاج مادة ذات بنية نانوية ذات خصائص جديدة.