در این مقاله خواهید خواند:
سهولت ساخت با استفاده از چاپگرهای سه بعدی سبب ورود این فناوری به حوزه های مختلف شده است. با توجه به سرعت بالای چاپگرهای سه بعدی در مقایسه با سایر روش های نمونه سازی، محبوبیت این فناوری به شکل روزافزون در حال گسترش است. در این روش امکان ساخت پیچیده ترین و ظریف ترین قطعات با تمامی جزئیات و بدون نیاز به قالب سازی محیاست. این ویژگی حیرت انگیز در کنار هزینه ساخت مقرون بصرفه، جذابیتی دوچندان به این فناوری بخشیده است. صنعت معماری نیز به عنوان یکی از صنایع هنری – مهندسی از این قائله مستثنی نبوده و از این فناوری مدرن بهره برده است. در ادامه به کاربردهای این فناوری در حوزه معماری می پردازیم.
دانشجویان رشته معماری یکی از فعال ترین دانشجویان در حوزه طراحی سه بعدی و ماکت سازی می باشند. دانشجویان در این رشته عمدتا واحد های مختلفی در حوزه های طراحی را پشت سر گذاشته و با اصول طراحی بناها و اماکن داخلی و محوطه های خارجی مراکز اداری، تجاری، بیمارستانی، مسکونی و… آشنا می شوند و در این فرایند به کوچکترین جزئیات مانند گذرگاه ها، اِلِمان ها، استراحت گاه ها و… توجه می کنند. پیچیدگی طراحی و تصویر سازی پروژه های این چنینی سبب شده تا دانشجویان در سطوح بالاتر به طراحی و مدلسازی سه بعدی طرح های خود بپردازند. اما کار در همین جا خاتمه نمی یابد. دانشجویان به منظور به تصویر کشیدن پروژه های خود از ماکت سازی استفاده می کنند. ماکت سازی در این رشته به عنوان یک فعالیت جذاب و بعضا چالش برانگیز و زمانبر پیش روی دانشجویان قرار می گیرد.
دانشجویان به منظور ماکت سازی از روش های مختلفی استفاده می کنند. استفاده از کارتن و مقوا، مُعَرَق کاری، برش کاری فوم و یونولیت، برشکاری پلکسی و… برخی از روش های ماکت سازی می باشند که توسط دانشجویان به کار گرفته می شوند. اما این روش ها که امروزه عمدتا به عنوان روش های سنتی از آن ها یاد می شود در ساخت ماکت های پیچیده منفعل بوده و با پیچیدگی و چالش همراه می شوند. به عنوان مثال ساخت یک بنای گنبدی شکل با تمام جزئیات و ظرافت ها به روش های برش کاری و ورق کاری کاری دشوار و در مواردی ناممکن است. از طرفی فرصت محدود دانشجویان در ترم های دانشگاهی به عنوان یک مانع جدی در ساخت ماکت های پیچیده بروز نموده و باعث کاهش انگیزه دانشجویان در بکارگیری ابتکارات و ایجاد طرح های خلاقانه می شود.
فناوری ساخت افزایشی یا همان پرینت سه بعدی اما چند سالیست که در ماکت سازی به کمک دانشجویان آمده است. این فناوری سبب شده تا دانشجویان بتوانند تمامی ایده های خود را به شکل عملیاتی و به شکل بسیار ساده تری پیاده کنند. دانشجویان در واقع صرفا کافیست تا طراحی سه بعدی مورد نظر خود را با تمامی جزئیات و المان ها انجام داده و از یک پرینتر سه بعدی برای ساخت طرح خود استفاده کنند. ساخت ماکت ها در این روش با کمتر محدودیتی همراه است. چاپگرهای سه بعدی می توانند برای ساخت کامل ماکت با تمام جزئیات و یا صرفا قسمت های پیچده ماکت مورد استفاده قرار گرفته و ضمن ایجاد یک ماکت با کیفیت، صرفه زمانی قابل توجهی را برای دانشجویان به همراه داشته باشند.
هنرمندان و معماران همواره در جستجوی روشهای مدرن و استفاده از تکنولوژی در حرفه خود بوده اند. بنابراین واکنش آن ها به تکنولوژی چاپ سه بعدی چندان غیر قابل پیش بینی نبوده است. این تکنولوژی در ایجاد مفهوم بصری در حوزه معماری و ساخت بسیار موثر بوده و علاوه بر کمک به ملموس ساختن طرح برای مشتریان، به طراحان نیز برای آشکار شدن عیوب طراحی و اصلاح آن کمک نموده است. به بیان واضح تر، طراحان حوزه معماری می توانند به کمک تکنولوژی چاپ سه بعدی، نسبت به ساخت طرح خود در مقیاس کوچک عمل نموده و جزئیات طرح خود را قبل از انجام هزینه های سنگین ساخت، به مشتریان و کارفرمایان ارائه دهند.
شاید توجه به این نکته لازم باشد که ممکن است بسیاری از مشتریان و کارفرمایان قدرت تجسم مناسبی از طراحی انجام شده نداشته و پیش از مرحله ساخت دچار ابهام شوند. بنابراین چاپ سه بعدی در این مرحله به تصویرسازی عینی کمک نموده و معماران می توانند نسبت به اخذ تاییدیه و یا اصلاح بخشی از طرح خود پیش از ساخت عملیاتی اقدام نمایند. این امر به خصوص در پروژه های خاص و مطرح جنبه ضروری تری پیدا می کند.
طراحی هندسی سازه ها و ساختمان ها در سطح حرفه ای عمدتا توسط معماران صورت می پذیرد. هندسه و نمای بیرونی هر سازه در تعیین نیروهای آیرودینامیکی وارد بر آن نقش مستقیم و با اهمیتی دارد. بله آیرودینامیک!!! سازه های معروفی در دنیا به دلیل رعایت نشدن اصول آیرودینامیکی در مقابل طوفان ها و جریانهای آب به نابودی کشانده شده اند. بدین منظور در طراحی هندسی ساختمان ها پارامترهای ناشی از تنش جریان سیال و بار باد سنجیده شده و ضمن در نظر گرفتن مقاومت لازم در سازه، اصلاحات هندسی مناسب نیز به منظور کاهش دِرَگ جریان سیال درنظر گرفته می شود.
نیروی درگ به زبان ساده نیروییست که به عواملی شامل سرعت جریان، چگالی سیال (آب، هوا و…)، سطح مقطع جسم و همچنین به پارامتری به نام ضریب درگ وابسته است. ضریب درگ وابسته به هندسه بوده و نقش تاثیر گذاری در شدت تنش وارده دارد. به عنوان مثال ضریب درگ برای یک کره حدود 0.47 و برای یک مکعب در حدود 1.05 است (بیش از 2 برابر نیروی درگ را افزایش می دهد). اما تعیین ضریب درگ برای هندسه های پیچیده کار چندان آسانی نیست.
برای تعیین ضریب درگ در هندسه های پیچیده تر راه های مختلفی وجود دارد. دو راه مرسوم تر شامل شبیه سازی نرم افزاری و شبیه سازی تجربیست.
در شبیه سازی نرم افزاری به خصوص برای هندسه های سه بعدی محاسبات گسترده و تکرارپذیری در نرم افزارهای شبیه سازی جریان سیال نظیر نرم افزارهای انسیس فلوئنت، کامسول و… صورت می پذیرد. شبیه سازی و مطالعه هندسه های پیچیده سه بعدی در نرم افزارهای تحلیلی این چنینی بسیار زمان بر و همراه با ساده سازی های مهندسیست و بدین واسطه ضرایب به دست آمده به شکل تقریبی به دست می آیند. علاوه بر آن چنین شبیه سازی هایی به تخصص هایی در حوزه مکانیک سیالات و به سیستم های کامپیوتری قدرتمند جهت تحلیل نیاز دارد. عموما این روش به صورت تخصصی و در تحلیل های دو بعدی مرسوم تر است.
در شبیه سازی تجربی اما روش محاسبه نیرو و ضریب درگ متفاوت است. در این روش نمونه ای از سازه مورد نظر در ابعاد کوچک و با حفظ نسبت ابعادی ساخته می شود. سازه مورد نظر در تونل باد قرار گرفته و تحت جریان باد قرار می گیرد. در تونل باد سنسورهایی به منظور اندازه گیری میزان جابجایی و نیروی وارد بر قطعه وجود داشته و بدین ترتیب با دانستن مقادیر نیرو، سرعت جریان و چگالی جریان و به وسیله رابطه درگ، مقدار ضریب درگ محاسبه می شود.
رابطه درگ
احتمالا حالا به جواب این سوال رسیده اید. پرینتر سه بعدی چه کاربردی در مطالعات معماری دارد؟ بله ساده ترین کاربرد مطالعات آیرودینامیکی سازه هاست. مطالعاتی که ضروریست پیش از ساخت سازه های گران قیمت و مهم انجام شود تا اثر نیروی درگ بر سازه های مختلف بدست آمده و ضمن بهینه سازی و اصلاحات هندسی، نیروی وارده بر فوندانسیون سازه نیز محاسبه گردد. در ادامه در باب اهمیت و جذابیت موضوع، ویدئویی از فرو ریختن پل تاکوما در ایالات متحده امریکا در اثر وزش باد را به اشتراک گذاشته ایم. البته ذکر این نکته ضروریست که علت اصلی فرو ریختن این پل صرفا وزش باد نبوده و پدیده تشدید نیز در آن موثر بوده است. پدیده ای که می توانست در شبیه سازی اولیه از آن پیشگیری شود.
