Sådan 3D-printer du et badeværelse på én dag

Forskere fra Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har udviklet muligheden for at 3-D-printe et umøbleret badeværelse på mindre end en dag.

Efter udskrivning, badeværelset er indrettet med toiletarmaturer til at blive en præfabrikeret enhed, klar til brug i byggeprojekter. Dens interiør inkluderer en vask, spejl, bruser, toiletkumme, keramiske fliser på vægge og gulve, komplet med skjulte afløb og rør.

Dette kan potentielt hjælpe virksomheder med at bygge præfabrikerede badeværelsesenheder (PBU) omkring 30 procent hurtigere og 30 procent lettere end nuværende PBU'er.

I de seneste fire år har forskerholdet fokuserede på at udvikle en speciel betonblanding, som er flydende nok til at strømme gennem slangerne og printdysen, kan dog hærde hurtigt nok, så det næste lag kan printes på det. Ud over at sikre en ensartet udskriftskvalitet, slutproduktet skal også være lige så stærkt som konventionel beton.

Udskrivningsprocessen tager halvdelen af ​​den tid, der kræves i konstruktionen af ​​en konventionel badeværelsesenhed, der bruger betonstøbning. Beslagene, flisebelægning og efterbehandling vil typisk tage yderligere fem dage.

Denne innovation blev udviklet af et fælles forskerhold ledet af professor Tan Ming Jen fra NTU's Singapore Center for 3-D Printing, i samarbejde med Sembcorp Design and Construction, og Sembcorp Architects &Engineers.

Singapore Center for 3-D Printing blev oprettet af National Research Foundation (NRF) Singapore, at udføre forskning og udvikling af 3-D printteknologi, og fremskynde virksomhedernes indførelse af teknologien.

Lim Tuang Liang, administrerende direktør i Forskningen, Innovation and Enterprise Coordination Office ved National Research Foundation (NRF) Singapore, sagde:"Singapores styrke inden for avancerede fremstillingsteknologier bliver dybere, ikke kun inden for forskningsområdet, men også i vores virksomheders indførelse og implementering af disse teknologier. Dette seneste projekt mellem NTU og Sembcorp vidner om vores stærke forsknings- og translationelle evner inden for 3-D-print. Vi er glade for at fremme flere samarbejder mellem vores forskningsinstitutter og innovationsdrevne virksomheder for at drive adoptionen af ​​nøgleteknologier i fremstillingssektoren."

Dette Proof-of-Concept har til formål at forbedre produktiviteten for Singapores bygge- og anlægsindustri gennem brug af digitale og robotfremstillingsmetoder for at reducere krav til kvalificeret arbejdskraft og arbejdskraft.

Siden 2014 har det har været et krav for alle ikke-landets private Government Land Sale-steder (GLS) i Singapore at bruge præfabrikerede badeværelsesenheder (PBU) i deres byggeproces.

PBU'er er normalt støbt af beton og fuldstændigt formonteret offsite med alle nødvendige finish og fittings, klar til at blive løftet og installeret i et byggeprojekt.

Ved at flytte det meste af fremstillingen off-site til det kontrollerede miljø på en fabrik, PBU'er giver tids- og arbejdskraftbesparelser på omkring 60 pct. sammenlignet med byggeri på stedet, som var praksis før 2014. Der er også bedre styr på materialerne og præfabrikationsprocessen, resulterer i højere kvalitet og mindre spild.

Assoc Prof Tan sagde, at 3-D-printning af en badeværelsesenhed kunne hjælpe producenter med at halvere deres produktionstid og samtidig sænke transportomkostningerne, kulstofemissioner og materialespild. Der kræves mindre plads til at skabe og opbevare det samme antal PBU'er i det land-knappe Singapore, da konventionelle PBU'er tager omkring to uger, før de kan være klar.

"Ved at kunne printe-on-demand, virksomheder kan spare på deres lageromkostninger såvel som arbejdskraftomkostninger, da de ikke skal have så meget lager, og deres medarbejdere kan omplaceres til at udføre opgaver på højere niveau. Denne tilgang forbedrer sikkerheden på arbejdspladsen, da robotter laver konstruktionen af ​​badeværelsesenheden, " forklarede prof Tan.

Er Lie Liong Tjen, teamleder fra Sembcorp Design and Construction, og Sembcorp Architects &Engineers sagde:"3-D printteknologi gør det muligt at printe og tilpasse beton. Den komplicerede form af en PBU og dens vægge kan udvikles og udskrives i et hurtigere tempo for at tilfredsstille individuelle kunders behov, da ingen forskalling eller forme er påkrævet, hvorimod konventionel konstruktion af PBU'er med beton- eller letvægtsvægpaneler altid begrænser designmulighederne. Ud over, 3D-print kan bygge buede profiler i stedet for retlinede former."

Sådan printes badeværelsesenheden i 3D

Det tværfaglige team bestående af forskere på tværs af discipliner som mekanisk, civil- og materialeteknik, arkitektur og robotteknologi, skulle først udvikle specielle betonblandinger, der kunne 3-D-printes. Nye blandinger omfatter grønne byggematerialer såsom geopolymerer, som er lavet af flyveaskeaffald.

For at aktivere udskrivning, holdet skulle også udvikle nye print- og kontrolsystemer, som kunne matche dysens flowhastighed til betonens hærdningsegenskaber.

Udskrivningen blev derefter udført i en enkelt opbygning ved hjælp af en 6-akset KUKA robotarm, som har en rækkevidde på omkring 6 meter i diameter. Den specialdesignede betonblanding blev tilført blandere og pumpet ud af en dyse monteret på robotarmen, deponering af materialet lag for lag i henhold til den digitale tegning.

For at spare materiale og opnå vægtbesparelser på op til 30 pct. PBU'ens vægge blev trykt i en W-gitterform, hvilket gav yderligere styrke til den endelige struktur.

Forskerholdet printede og udstyrede to PBU'er. Den ene måler 1,62 m (L) x 1,5 m (B) x 2,8 m (H) blev printet på kun 9 timer, mens den anden PBU målte 2 m (L) x 2,6 m (B) x 2,8 m (H) blev printet på 12 timer.

Gennem hele processen, NTU-forskere arbejdede tæt sammen med Sembcorps ingeniører, der gav industrielle input og kommenterede forskningsresultater, samt leverede ressourcer og materialer til 3-D-printningen. De installerede også arkitektoniske finish og VVS-armaturer på de to trykte PBU'er og hjalp med den overordnede logistik.

Opfylder eller overgår industristandarder

Den større 3-D-printede PBU har allerede gennemgået strenge industritests, med resultaterne, der viser, at den har opfyldt den krævede styrke og robusthed som beskrevet i Singapore Standard SS492:2001.

Det gennemgår i øjeblikket vandabsorptions- og brandmodstandstest som en del af kravene under Building Innovation Panel (BIP) PBU acceptramme.

BIP er en platform mellem agenturer, der accelererer udviklingen og implementeringen af ​​gennemførlige metoder, processer, løsninger, teknologier eller materialer - for at dække løsninger ud over dem, der øger produktiviteten til enhver form for innovation, der kan forbedre Singapores byggede miljø.

Teknologien og knowhow, der anvendes i dette tværfaglige projekt, er beskyttet af en teknologioplysning indgivet gennem NTU's innovations- og virksomhedsvirksomhed, NTUitiv, og ejes i fællesskab mellem universitetet og Sembcorp.

Bevæger sig fremad, teamet ser frem til at få de nødvendige godkendelser til forsøg fra Building and Construction Authority of Singapore (BCA) og til at kommercialisere teknologien gennem licenser eller et spin-off selskab.