Naukowcy z  Nanyang Technological University w Singapurze (NTU Singapore) opracowali możliwość drukowania w technologii 3D łazienki. Po wydrukowaniu łazienka jest wyposażona w armaturę toaletową, która jest gotowa do użycia w projektach budowlanych.  Wnętrze obejmuje umywalkę, lustro, prysznic, muszlę klozetową, ceramiczne kafelki na ścianach i podłogach, wraz z ukrytymi odpływami i rurami. 

Może to potencjalnie pomóc firmom budować prefabrykowane jednostki łazienkowe około 30 procent szybciej i o 30 procent lżejsze niż ma to miejsce obecnie.

W ciągu ostatnich czterech lat zespół badawczy skupił się na opracowaniu specjalnej mieszanki betonowej, która byłaby wystarczająco płynna, aby przepływać przez węże i dyszę drukującą, ale jednocześnie mogłaby stwardnieć wystarczająco szybko, aby na niej wydrukować kolejną warstwę. Oprócz zapewnienia stałej jakości druku, końcowy produkt musi być równie wytrzymały jak konwencjonalny beton. 

Ta innowacja została opracowana przez wspólny zespół badawczy kierowany przez prof. Prof. Tan Ming Jen z singapurskiego Centrum Druku 3D NTU we współpracy z firmami Sembcorp Design and Construction oraz Sembcorp Architects & Engineers .

Singapurskie Centrum Druku 3D zostało utworzone przez National Research Foundation (NRF) Singapore w celu prowadzenia badań i rozwoju technologii druku 3D oraz przyspieszenia wprowadzania tej technologii na rynek.

Lim Tuang Liang, dyrektor wykonawczy w Biurze ds. Badań, Innowacji i Koordynacji Przedsiębiorstw w National Research Foundation (NRF) w Singapurze , powiedział: „Siła Singapuru w zaawansowanych technologiach wytwarzania wzmacnia się nie tylko w dziedzinie badań, ale także w zakresie wdrażania tych technologii przez nasze firmy. Ten najnowszy projekt między NTU i Sembcorp jest dowodem wartości badań i możliwości druku 3D. Cieszymy się, że możemy promować współpracę między naszymi instytutami badawczymi a firmami napędzanymi innowacjami, aby przyspieszyć wdrażanie kluczowych technologii w sektorze produkcyjnym.” 

Projekt ma na celu poprawę produktywności w budownictwie w Singapurze poprzez zastosowanie cyfrowych i zrobotyzowanych metod produkcji prowadzących do zmniejszenia zatrudnienia wykwalifikowanej siły roboczej.

Od 2014 r. na wszystkich nieposiadających gruntów obiektach w Singapurze wymagane jest stosowanie prefabrykowanych jednostek łazienkowych w procesie budowy.  Jednostki takie są zwykle odlewane z betonu i kompletnie montowane poza zakładem ze wszystkimi niezbędnymi wykończeniami i osprzętem, gotowe do podniesienia i zainstalowania w projekcie budowlanym.  Przeniesienie większości produkcji poza miejsce wykonania zapewnia oszczędność czasu i siły roboczej o około 60 procent w porównaniu z metodami stosowanymi przed 2014 rokiem. Istnieje również lepsza kontrola materiałów, co skutkuje wyższą jakością wykończeń i mniejszym zużyciem materiałów.

„Dzięki możliwości drukowania na żądanie firmy mogą zaoszczędzić na kosztach magazynowych, a także kosztach personelu, ponieważ nie muszą utrzymywać tak dużej ilości zapasów, a ich pracownicy mogą zostać przesunięci do wykonywania zadań na wyższym poziomie. Takie podejście poprawia też bezpieczeństwo w miejscu pracy”- wyjaśnił prof Tan. 

Multidyscyplinarny zespół składający się z badaczy z różnych dziedzin, takich jak inżynieria mechaniczna, inżynieria materiałowa, architektura i robotyka, musiał najpierw opracować specjalne mieszanki betonowe, które można wykorzystać w druku 3D. Nowe mieszanki obejmują „zielone materiały budowlane”, takie jak geopolimery, które są wytwarzane z odpadów popiołu.

Aby umożliwić drukowanie, zespół musiał również opracować nowe systemy drukowania i sterowania, które mogłyby dopasować natężenie przepływu dyszy do etapu twardnienia betonu.

Następnie wydrukowano obiekt w jednej kompilacji, przy użyciu 6-osiowego ramienia robota KUKA o zasięgu około 6 metrów. Specjalnie zaprojektowana mieszanka betonowa została dostarczona do mikserów i wypompowana z dyszy zamontowanej na ramieniu robota, osadzając stopniowo warstwy materiału zgodnie z planem.

Aby zaoszczędzić materiał i uzyskać oszczędność masy nawet do 30 procent, ściany zostały wydrukowane w kształcie litery W, co nadało ostatecznej strukturze dodatkową wytrzymałość.  

Zespół badawczy wydrukował i wyposażył dwie jednostki - jednostka o wymiarach 1,62 m (L) x 1,5 m (W) x 2,8 m (H) została wydrukowana w zaledwie 9 godzin, a drugą PBU o wymiarach 2 m (L) x 2,6 m (W) x 2,8 m (H) wydrukowano w 12 godzin.

Podczas całego procesu badacze NTU ściśle współpracowali z inżynierami Sembcorp, którzy wnieśli wkład przemysłowy i skomentowali wyniki badań, a także dostarczyli zasoby i materiały do ​​drukowania 3D.  Zainstalowali także wykończenia architektoniczne i instalacje hydrauliczne na dwóch drukowanych PBU,  pomagając w ogólnej logistyce.

PBU z nadrukiem 3D przeszedł już rygorystyczne testy branżowe, a wyniki pokazują, że osiągnął on wymaganą wytrzymałość i solidność, jak określono w singapurskiej normie SS492: 2001. Obecnie przechodzi testy absorpcji wody i odporności ogniowej w ramach wymagań ram akceptacji PBU Building Innovation Panel (BIP) . 

BIP to międzyagencyjna platforma, która przyspiesza opracowywanie i wdrażanie wykonalnych metod, procesów, rozwiązań, technologii lub materiałów w celu objęcia rozwiązań wykraczających poza te, które zwiększają produktywność w stosunku do wszelkiego rodzaju innowacji, które mogą poprawić budowane środowisko Singapuru. Obecnie zespół czeka na uzyskanie wymaganych zezwoleń na testy oraz na komercjalizację technologii.

Źródło: Nanyang Technological Uniwersity