Bài tập lớn: Ứng dụng công nghệ in 3D trong xây dựng môn Năng lực số ứng dụng | Học viện Ngân hàng

HỌC VIỆN NGÂN HÀNG HỆ CHÍNH QUY
BÀI THI KẾT THÚC HỌC PHẦN
MÔN NĂNG LỰC SỐ ỨNG DỤNG TÊN ĐỀ TÀI
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D TRONG
LĨNH VỰC XÂY DỰNG
Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Thùy Anh Danh sách nhóm: 2
1. Mã sinh viên: 27A7512372 Họ và tên: Nguyễn Quốc Anh
2. Mã sinh viên: 27A7512398 Họ và tên: Trần Minh Đức
3. Mã sinh viên: 27A7512455 Họ và tên: Lê Phạm Gia Mẫn
4. Mã sinh viên: 27A7512467 Họ và tên: Trần Thị Hồng Nhung
5. Mã sinh viên: 27A7512493 Họ và tên: Nguyễn Thị Minh Thư Hà Nội – 12/2024 LỜI CẢM ƠN
Nhóm 2 chúng em xin cảm ơn giảng viên Nguyễn Thị Thùy Anh đã nhiệt tình hướng
dẫn nhóm trong quá trình xây dựng ý tưởng, đề cương và triển khai thực hiện nghiên cứu
đề tài, tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm có thể học tập nghiên cứu và phát triển bài tập
lớn một cách hoàn thiện nhất có thể.
Chúng em xin chân thành cảm ơn! 1 LỜI CAM ĐOAN
Với chủ đề in 3D, nhóm 2 xin giới thiệu đến cô và các bạn đề tài: “In 3D và ứng dụng
trong lĩnh vực xây dựng”. Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu thông tin, chúng em nhận
thấy công nghệ in 3D đang có bước phát triển lớn trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là ứng dụng trong xây dựng.
Bằng những kiến thức hiểu biết, sự tìm tòi các nguồn thông tin, chúng em cam đoan
những nội dung được trình bày trong đề tài, là sự cố gắng của nhóm em. Những thông tin,
nhóm đưa ra đều dựa trên những gì tìm hiểu được, không có sự sao chép từ các nguồn dữ
liệu khác. Những tài liệu, thông tin tham khảo để thực hiện đề tài, chúng em đã trích dẫn nguồn ở cuối.
Dù đã cố gắng trình bày tốt nhất những gì mà nhóm đã tìm hiểu, nhưng nội dung vẫn có
những thiếu sót nhất định. Nhưng nhờ có sự giúp đỡ, hướng dẫn của cô Nguyễn Thị Thùy
Anh, chúng em đã hoàn thành được đề tài.
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2024 Nhóm trưởng 2 MỤC LỤC Table of Contents
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................................................2
LỜI MỞ ĐẦU..........................................................................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D.................................................................................5
1.1. Công nghệ in 3D là gì?................................................................................................................5
1.2. Quy trình in 3D...........................................................................................................................5
CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG........................................0
2.1 Các phương pháp in 3D trong xây dựng.....................................................................................0
2.1.1 In nhà 3D thành khối lớn nhờ máy in khổng lồ...................................................................0
2.1.2 In nhà 3D lắp ráp..................................................................................................................0
2.2 Ứng dụng thực tế và các cột mốc quan trọng của công nghệ in 3D trong xây dựng..................0
CHƯƠNG 3. THỰC TRẠNG VÀ TIỀM NĂNG IN 3D TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG.................................0
3.1. Tại Việt Nam...............................................................................................................................0
3.2. Trên thế giới...............................................................................................................................0
3.3. Tiềm năng ngành xây dựng bằng công nghệ in 3D....................................................................1
Chương 4. Khó khăn và giải pháp.........................................................................................................0
4.1. Hạn chế về đầu vào vật liệu.......................................................................................................0
4.2. Sự thiếu hụt kinh nghiệm chuyên môn.....................................................................................0
4.3. Các vấn đề về môi trường xoay quanh việc sử dụng công nghệ in 3D......................................0
KẾT LUẬN...............................................................................................................................................1
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................................................2 3 LỜI MỞ ĐẦU
Trong thế kỷ 21, công nghệ thông tin đóng vai trò then chốt trong việc định hình và phát
triển các lĩnh vực kinh tế và xã hội. Một trong những công nghệ tiên tiến và đầy triển vọng
hiện nay là công nghệ in 3D. Công nghệ này không chỉ làm thay đổi cách chúng ta sản xuất
và thiết kế sản phẩm, mà còn mở ra những cơ hội mới trong nhiều lĩnh vực, trong đó có ngành xây dựng.
Công nghệ in 3D trong xây dựng đã và đang tạo ra một cuộc cách mạng với những lợi
ích vượt trội như tiết kiệm chi phí, giảm thời gian thi công và tăng cường độ chính xác của
các công trình. Từ việc in các cấu kiện nhà ở, cầu đường đến các chi tiết kiến trúc phức tạp,
công nghệ này mang đến những giải pháp sáng tạo và hiệu quả cho ngành xây dựng.
Nhận thức được tầm quan trọng và tiềm năng của công nghệ in 3D, nhóm chúng em đã
quyết định chọn đề tài "Công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng" cho bài tập lớn kết thúc
môn Năng Lực Số Ứng Dụng. Bài tập này nhằm mục đích tìm hiểu sâu hơn về ứng dụng của
công nghệ in 3D, đánh giá những thách thức và cơ hội mà công nghệ này mang lại, cũng như
đề xuất những giải pháp để khắc phục các hạn chế hiện tại.
Hy vọng rằng, thông qua bài tập này, chúng em sẽ góp phần vào việc nâng cao nhận thức
về vai trò của công nghệ in 3D trong xây dựng và khuyến khích việc ứng dụng rộng rãi công
nghệ tiên tiến này trong tương lai. 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IN 3D
1.1. Công nghệ in 3D là gì?
Công nghệ in 3D, còn được gọi là công nghệ sản xuất bồi đắp (additive manufacturing),
là quá trình tạo ra các vật thể 3 chiều từ các lớp vật liệu liên tiếp. Các sản phẩm của công
nghệ in 3D rất đa dạng, có thể tạo được những hình khối từ đơn giản đến phức tạp. 1.2. Quy trình in 3D
Thiết kế 3D bao gồm nhiều bước từ thiết kế đến hoàn thiện sản phẩm, dưới đây là các
bước để làm ra 1 sản phẩm in 3D:
Bước 1: CAD Model Creation (tạo mô hình CAD 3 chiều)
Bước đầu tiên trong quá trình in 3D là thiết kế, tạo mô hình CAD cho sản phẩm cần in
bằng cách sử dụng các phần mềm hỗ trợ như ProE, Solidworks, 3D Studio Max, Autocad 3D,
… Nhà thiết kế có thể dùng tập tin CAD đã được tạo trước đó hoặc tạo mới sao cho phù hợp
với mục đích tạo mẫu. Đối với các loại kỹ thuật RP khác nhau, quá trình này đều giống nhau.
Bước 2 :Conversion to STL format (chuyển đổi mô hình CAD thành định dạng STL)
Vì mỗi phần mềm 3D khác nhau sẽ tạo mô hình CAD vật thể bằng các thuật toán khác
nhau. Do đó, để đảm bảo sự đồng nhất, sau khi đã hoàn tất việc thiết kế mô hình đa chiều,
cần xuất file ra với định dạng STL. Đây được xem là định dạng tiêu chuẩn trong ngành công
nghiệp tạo mẫu nhanh, có kết cấu dạng lưới với nhiều mặt hình tam giác liên kết với nhau,
tạo thành mô hình 3D của sản phẩm in.
STL có kết cấu dạng lưới, gồm nhiều mặt hình tam giác liên kết với nhau để tạo thành mô hình 3D 5
Tuy nhiên, vì gồm nhiều mặt hình tam giác liên kết với nhau nên để thể hiện những
đường cong 1 cách chính xác, đòi hỏi phải gia tăng số lượng tam giác, đồng thời dung lượng
cũng sẽ tăng, do đó người thiết kế phải cân nhắc về độ chính xác đến dung lượng file và thời gian thực hiện.
 Bước 3: Cắt lớp file STL
Sau khi được xuất thành công, file định dạng STL sẽ tiếp tục được điều chỉnh, xử lý về các
yếu tố như hướng đặt, vị trí, kích thước mô hình bằng chương trình tiền xử lý file. Trong đó,
việc xác định chính xác hướng đặt mô hình là quan trọng nhất. Bởi đây là yếu tố quyết định
đến độ cứng cáp, chính xác cũng như thời gian xây dựng mô hình.
Đồng thời, chương trình cũng sẽ tạo ra một số cấu trúc phụ trợ, được dùng để hỗ trợ các thao
tác trong quá trình xây dựng mô hình.
 Bước 4: Xây dựng mô hình
Đây chính là bước quan trọng nhất trong quy trình in 3D. Sau khi hoàn tất việc xử lý, điều
chỉnh vị trí, kích thước và hướng đặt mô hình thì hệ thống sẽ bắt đầu tạo dựng sản phẩm in
bằng cách xây dựng theo từng lớp vật liệu. Quá trình được tiến hành gần như tự động hoàn
toàn, con người rất ít phải can thiệp vào.
 Bước 5: Làm sạch, xử lý bề mặt và hoàn thành vật thể
Cuối cùng, để kết thúc quy trình gia công bồi đắp, mô hình nguyên mẫu sau khi hoàn thành
sẽ được loại bỏ những phần phụ trợ, sau đó mang đi xử lý bề mặt bằng các phương pháp như
phủ sơn, đánh nhám nhằm nâng cao tính thẩm mỹ, độ bền cho sản phẩm in. 6
CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IN 3D TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG
Công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng có thể được coi là một bước tiến của ngành
xây dựng , mở ra những giải pháp sáng tạo nằm nâng cao hiệu quả và tính bền vững. Với sự
hỗ trợ của máy in 3D, người ta đã có thể dễ dàng tạo ra các mô hình thử nghiệm, công trình
kiến trúc, và thậm chí là in 3D vật liệu như xi măng hoặc bê tông để dựng lên các bức tường
nhà. Vật liệu phổ biến nhất cho in xây dựng là nhựa và bê tông.
2.1 Các phương pháp in 3D trong xây dựng
In 3D trong xây dựng được coi là phương pháp khá phổ biến tại nhiều đơn vị thiết kế
ngày nay. Trong đó có hai cách là in cả một khối căn nhà và in thành từng các bộ phận rồi lắp ráp lại[1]
2.1.1 In nhà 3D thành khối lớn nhờ máy in khổng lồ
Đây là phương pháp in toàn bộ cấu trúc một ngôi nhà bằng cách sử dụng các máy in 3D
công nghiệp khổng lồ. Những máy in này có kích thước rất lớn, với chiều cao lên đến 6m và
chiều dài gần 40m. Phương pháp này tuy phức tạp, đặc biệt ở khâu lắp đặt máy in, nhưng
mang lại hiệu quả cao vì các khối nhà được in liền mạch, không có vết nối, giúp giảm thiểu
các hư hỏng về cấu trúc trong tương lai.
2.1.2 In nhà 3D lắp ráp
Nếu như hệ thống máy in 3D gia đình tích hợp tương đối cồng kềnh và ít người sử dụng
thì công nghệ in 3D lắp ráp này lại được nhiều người sử dụng hơn. Phương pháp này in từng
bộ phận riêng lẻ của ngôi nhà thông qua các phương pháp in khác nhau, sau đó các phần
được vận chuyển đến công trường để lắp ráp từng mảnh một . Đây là một giải pháp linh hoạt
hơn, không đòi hỏi máy in cỡ lớn. Tuy nhiên, quá trình in và lắp ráp có thể tốn nhiều thời
gian hơn. Dù vậy, phương pháp này được ưa chuộng nhờ tính tiện dụng và khả năng thích
nghi với nhiều dự án khác nhau.
2.2 Ứng dụng thực tế và các cột mốc quan trọng của công nghệ in 3D trong xây dựng
Trong gần hai thập qua , công nghệ in 3D đã được ứng dụng trong hàng loạt các sáng
kiến và dự án xây dựng. Một số dự án được coi là được coi là dấu mốc quan trọng bao gồm: [2]
 2004: một giáo sư USC đã tạo ra bức tường in 3D đầu tiên và được chấp nhận rộng
rãi. Đây được coi là bước tiến đầu tiên của công nghệ in 3D vào lĩnh vực xây dựng.
2014: một ngôi nhà hoàn chỉnh trên kênh được xây dựng bằng công nghệ in 3D tại Amsterdam.
2016: Trung Quốc đã xây dựng thành công một dinh thự lớn chỉ bằng công nghệ in 3D.
2016: một cột mốc quan trọng về việc in 3D trong xây dựng thương mại. Đó là Dubai
đã xây dựng thành công một tòa nhà văn phòng rộng gần 260m2 chỉ trong 17 ngày.
2019: BAM đã mở trung tâm in bê tông đầu tiên của Châu Âu tại Hà Lan. Và đã xây
dựng một số cây cầu in 3D trong toàn khu vực.
2021: hàng loạt công ty xây dựng lớn trên thế giới đã ứng dụng công nghệ in 3D để
xây dựng phòng cách ly tạm thời cho bệnh nhân Covid-19 Với tốc độ phát triển nhanh chóng, thị trường xây dựng in 3D dự kiến sẽ đạt 1.5 tỷ USD vào năm 2024 với tiềm năng ứng dụng ngày càng cao.
Công nghệ in 3D không chỉ rút ngắn thời gian xây dựng, giảm chi phí mà còn góp phần
tạo nên các công trình kiến trúc bền vững và ấn tượng. Đặc biệt, công nghệ này đang mang
lại hy vọng lớn cho những người dân sống trong khu ổ chuột, với khả năng xây dựng nhà ở
giá rẻ và tốc độ hoàn thiện nhanh chóng. Nhìn chung, in 3D đã sẵn sàng trở thành một giải
pháp khả thi trong việc tạo ra các tòa nhà tiết kiệm chi phí và thân thiện với môi trường. Tiềm
năng của công nghệ in 3D trong xây dựng là quá lớn, nó sẽ được cải thiện đáng kể và phát
triển mạnh mẽ trong tương lai và hứa hẹn sẽ thay đổi cuộc sống của nhiều người. 1
CHƯƠNG 3. THỰC TRẠNG VÀ TIỀM NĂNG IN 3D TRONG LĨNH VỰC XÂY DỰNG 3.1. Tại Việt Nam
Tại Việt Nam, in 3D trong ngành công nghiệp xây dựng hiện còn nhiều mặt hạn chế,
đang chỉ dừng lại ở việc tạo ra các mô hình thử nghiệm như kiến trúc. Điều này giúp
cho các nhóm, các nhà thiết kế có thể đánh giá được thiết kế và cấu trúc xây dựng.
Sau đó họ sẽ thực hiện các điều chỉnh phù hợp để có giải pháp tối ưu nhất về chi phí
cũng như thời gian, nguồn lực vào mô hình, kiến trúc xây dựng.
Tuy nhiên, trong tương lai, nhu cầu về nhà ở sẽ ngày càng tăng cao, tiện ích số ngày
càng phát triển. Và khi đó, công nghệ in 3D trong xây dựng sẽ là giải pháp hiệu quả để tăng năng suất.
(Vd: Một số dự án nhà ở nhanh gọn đang ngày một phát triển tại Việt Nam, những căn hộ
mini từ khuôn in 3D xi măng, các công trình, kiến trúc cũ, xưa có thể do thời gian, chiến
tranh, thiên tai tàn phá đang được các kiến trúc sư, nhà thiết kế phục dựng lại bằng đồ họa có
dự kiến phục chế lại bằng công nghệ in 3D,...) 3.2. Trên thế giới
Trên thế giới, công nghệ in 3D không còn quá xa lạ, khi mà hầu hết những căn nhà
nhanh gọn, tiện ích đều sử dụng công nghệ in 3D.
Hiện nay trên thế giới nhiều quốc gia lớn đã có thể xây nhà bằng công nghệ in 3D.
Mới đây, Phó tổng thống kiêm Thủ tướng UAE đã tuyên bố rằng đến năm 2030,
khoảng 25% các tòa nhà tại Dubai sẽ được xây dựng bằng công nghệ in 3D.
Năm 2015, IAAC đã xây dựng cây cầu dành cho người đi bộ bằng công nghệ in 3D
đầu tiên trên thế giới tại Madrid.
Tháng 12/2016, một ngôi nhà in 3D cách Moscow 60 dặm được Apis Cor xây dựng
lên trong vòng 24 giờ với chi phí là 10.154 USD.
3.3. Tiềm năng ngành xây dựng bằng công nghệ in 3D
Ngành xây dựng bằng công nghệ in 3D đang mở ra những triển vọng tuyệt vời, hứa hẹn
sẽ cách mạng hóa cách thức mà chúng ta thiết kế và xây dựng các công trình. Công nghệ này
không chỉ cho phép tạo ra các cấu kiện kiến trúc phức tạp và độc đáo mà còn mang lại lợi ích
lớn về mặt kinh tế và môi trường. Các tòa nhà và công trình xây dựng được in 3D có thể được
hoàn thành nhanh chóng hơn so với phương pháp truyền thống, giảm đáng kể thời gian thi
công và chi phí lao động. Hơn nữa, in 3D cho phép tối ưu hóa việc sử dụng vật liệu, từ đó
giảm thiểu chất thải và tác động đến môi trường. Đặc biệt, với khả năng tùy chỉnh cao, công
nghệ in 3D cho phép tạo ra những thiết kế đáp ứng tốt hơn nhu cầu và sở thích của người sử
dụng. Những tiến bộ trong nghiên cứu và phát triển vật liệu in 3D sẽ còn tiếp tục mở rộng 1
phạm vi ứng dụng của công nghệ này, biến những ý tưởng thiết kế tiên tiến nhất thành hiện
thực, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của các công trình xây dựng trong tương lai. 2
Chương 4. Khó khăn và giải pháp
4.1. Hạn chế về đầu vào vật liệu
Hiện nay, vật liệu chủ yếu được sử dung trong việc in 3D chủ yếu là nhựa Resin. Đây là
loại nhựa được sử dụng phổ biến nhất trong in 3D, tuy nhiên nó lại có vấn đề trong giới hạn
về độ bền và khả năng chịu lực. Ngoài ra, một số loại vật liệu khác như kim loại thì đòi hỏi
chi phí vật liệu cao và các thiết bị đắt đỏ, hiện tại chỉ phù hợp để sử dụng trong lĩnh vực hang không và y tế.
Để khắc phục vấn đề về vật liệu, các nhà khoa học đang ngày đêm nghiên cứu, tìm tòi và
phát triển những loại vật liệu chịu lực, có độ bền cao để phù hợp hơn với mục đích sử dụng trong xây dựng.
4.2. Sự thiếu hụt kinh nghiệm chuyên môn
In 3D trong lĩnh vực xây dựng hiện nay vẫn là được xem là công nghệ sản xuất rất mới.
Do đó các chuyên gia trong lĩnh vực này vẫn chưa nhiều và kinh nghiệm chuyên môn của các
chuyên gia vẫn còn bị giới hạn. Bởi lẽ, việc sử dụng kĩ thuật in 3D đòi hỏi kỹ sư phải có kĩ
thuật chuyên môn đáp ứng các tiêu chuẩn cần thiết. Điều này khiến cho việc tuyển dụng nhân
sự trở nên khó khăn hơn. Với tình trạng khan hiếm lao động trong ngành xây dựng, việc tìm
kiếm người có khả năng sử dụng công nghệ in 3D có thể trở thành một thách thức trong tương lai.
Để khắc phục vấn đề thiếu hụt kinh nghiệm chuyên môn, ta có thể tăng cường các khóa
đào tạo, hội thảo và chương trình đào tạo nghề liên quan đến công nghệ in 3D và xây dựng.
Điều này giúp người lao động có kiến thức và kỹ năng cần thiết để làm việc với công nghệ
này. Ngoài ra, ta cũng có thể hợp tác với các trường đại học, viện nghiên cứu và các tổ chức
chuyên về công nghệ để phát triển các chương trình đào tạo và nghiên cứu liên quan đến công nghệ in 3D.
4.3. Các vấn đề về môi trường xoay quanh việc sử dụng công nghệ in 3D
Nhiều vật liệu in 3D không dễ tái chế, điều này có thể tạo ra vấn đề về môi trường khi số
lượng sản phẩm in 3D tăng lên. người tiêu dùng trong thời đại ngày nay đang hướng về cuộc
sống xanh tức là bảo vệ môi trường, tái chế,… Tuy nhiên đối với công nghệ in 3D thì các vật
liệu sau khi chế tạo sẽ không thể tái chế được như kim loại, thuỷ tinh hay nhựa. Nên đây có
thể là trở ngại cho các doanh nghiệp áp dụng mô hình sản xuất này. KẾT LUẬN
Công nghệ in 3D đã chứng tỏ được tiềm năng và tầm quan trọng của mình trong nhiều
lĩnh vực, đặc biệt là trong ngành xây dựng. Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu, chúng em
nhận thấy rằng công nghệ này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí, thời gian mà còn mang lại độ
chính xác và tính sáng tạo cao trong các công trình xây dựng. Từ việc tạo ra các cấu kiện kiến
trúc phức tạp đến việc xây dựng các ngôi nhà hoàn chỉnh, công nghệ in 3D đang mở ra những
triển vọng mới và hứa hẹn sẽ trở thành một trong những phương pháp chủ đạo trong ngành xây dựng tương lai.
Tuy nhiên, cũng cần phải nhìn nhận các thách thức và hạn chế hiện tại như chi phí đầu tư
ban đầu cao, thiếu hụt về chuyên môn và hạn chế về vật liệu in 3D. Những vấn đề này đòi hỏi
sự đầu tư nghiên cứu và phát triển, cũng như sự hợp tác giữa các bên liên quan để tìm ra giải
pháp khắc phục hiệu quả.
Bài tập lớn này không chỉ giúp chúng em hiểu rõ hơn về công nghệ in 3D trong xây dựng
mà còn mở rộng kiến thức và tư duy sáng tạo trong việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến.
Chúng em hy vọng rằng những nghiên cứu và đề xuất của mình sẽ góp phần thúc đẩy sự phát
triển và ứng dụng công nghệ in 3D trong ngành xây dựng, từ đó nâng cao chất lượng và hiệu
quả của các công trình xây dựng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội hiện đại. 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]https://vietnamconstruction.vn/vi/tim-hieu-cong-nghe-3d-trong-thiet-ke-xay-dung-nha- cua/
[2] https://3dthinking.vn/nguyen-ly-may-in-3d-trong-xay-dung-hien-dai-nhat-hien-nay/ 2