Ngày 30/6/2022, Bộ Xây dựng tổ chức Hội đồng Tư vấn đánh giá, nghiệm thu kết quả thực hiện nhiệm vụ khoa học công nghệ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ in 3D trong chế tạo vật liệu xây dựng tính năng cao”, do Viện Vật liệu xây dựng (VIBM) chủ trì thực hiện. Vụ trưởng Vụ Khoa học công nghệ và môi trường Vũ Ngọc Anh - Chủ tịch Hội đồng, chủ trì cuộc họp.
Quang cảnh cuộc họp
Báo cáo kết quả thực hiện nhiệm vụ, thay mặt nhóm nghiên cứu, PGS.TS. Lê Trung Thành - Viện trưởng VIBM chủ trì nhiệm vụ cho biết, lịch sử phát triển xây dựng kết cấu công trình sử dụng vật liệu bê tông luôn phải gắn liền với hạn chế kỹ thuật cố hữu - phải sử dụng hệ thống ván khuôn để đổ hỗn hợp bê tông tươi vào, chờ bê tông đóng rắn, có khả năng chịu lực mới được dỡ ván khuôn. Nhược điểm này càng bộc lộ hạn chế khi phải chuẩn bị ván khuôn, máy móc thiết bị phục vụ thi công những công trình có nhiều ý tưởng độc đáo và có tính thẩm mỹ cao.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ hiện nay, các hạn chế cố hữu của kỹ thuật xây dựng với vật liệu bê tông hoàn toàn có thể được giải quyết bằng công nghệ in 3D bê tông. In 3D là một kỹ thuật chế tạo đắp lớp, trong đó vật liệu được kết nối với nhau theo từng lớp để hình thành nên vật thể cần gia công từ dữ liệu mô hình thiết kế 3D. Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ in 3D trong chế tạo vật liệu xây dựng tính năng cao mang tính cấp thiết cả về nghiên cứu khoa học lẫn thực tiễn, góp phần hiện thực hóa chỉ đạo của Thủ tướng Chính phủ tại Chỉ thị số 16/CT-TTg cũng như Kế hoạch hành động của ngành Xây dựng về tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0, đẩy mạnh ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ vào phát triển kinh tế xã hội, tăng cường hội nhập quốc tế.
Mục tiêu của nhiệm vụ nhằm: thiết kế và chế tạo máy in 3D bê tông có khả năng in được kết cấu, sản phẩm tối đa tới 2m; làm chủ được quy trình công nghệ in 3D để ứng dụng chế tạo cấu kiện bê tông tính năng cao; thiết kế cấp phối vật liệu đạt các tính năng phù hợp để ứng dụng trong máy in 3D bê tông; ứng dụng công nghệ in 3D bê tông để chế tạo một số cấu kiện bê tông tính năng cao.
PGS.TS. Lê Trung Thành cho biết: qua quá trình nghiên cứu và tiến hành thử nghiệm thực tế, hiệu quả kinh tế của thi công bằng phương pháp in 3D trong nghiên cứu tương đương với kết quả đánh giá hiệu quả kinh tế đã công bố của một số công ty, tổ chức nghiên cứu quốc tế; chi phí thi công căn nhà nhỏ (dạng thấp tầng) bằng công nghệ in 3D thấp hơn nhiều so với phương pháp thi công truyền thống. Giá thành của kết cấu tường theo phương pháp in 3D bê tông giảm so với các phương pháp khác do công nghệ này không cần dùng hệ cột bê tông cốt thép, nên giảm các chi phí về ván khuôn, lắp dựng ván khuôn. Thậm chí, công nghệ in 3D bê tông cũng hoàn toàn có thể tạo ra các cột trụ cho kết cấu tường bằng cách in khuôn cho các cột trước, sau đó đặt thép và bơm bê tông vào sau.
Bên cạnh đó, công nghệ in bê tông 3D còn có ưu điểm nổi bật là khả năng linh hoạt trong kiến trúc mà các công nghệ xây dựng các loại tường truyền thống rất khó thực hiện. Chính vì vậy, công nghệ in bê tông 3D sẽ rất phù hợp cho các công trình có kiến trúc phức tạp và tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu quả về khả năng cách âm, cách nhiệt so với kết cấu tường đặc, do kết cấu tường in 3D có phần rỗng ở giữa kết hợp với lớp tường trong và lớp tường ngoài ở hai bên. Để tăng cường độ hoặc tăng hiệu quả cách âm, cách nhiệt cho kết cấu tường, phần rỗng của tường in 3D hoàn toàn có thể làm đầy bằng các loại vật liệu nhẹ như bê tông bọt, bọt xốp PU hoặc các loại tro xỉ nhẹ.
Kết thúc quá trình thực hiện, nhóm nghiên cứu đã hoàn thành các sản phẩm khoa học theo nội dung yêu cầu của nhiệm vụ, bao gồm: Báo cáo tổng kết nhiệm vụ; hệ thống thiết bị in 3D với kích thước tổng thể 4,92x3,6x2,8m; vật liệu bê tông tính năng cao để in 3D; nhà bảo vệ kích thước 1,8x1,8x2,5m; bộ bàn ghế, tượng trang trí; quy trình công nghệ chế tạo và vận hành máy in 3D; quy trình công nghệ chế tạo vật liệu in 3D và 3 bài báo khoa học đăng trên các tạp chí khoa học chuyên ngành.
Để tiếp tục phát triển và ứng dụng rộng rãi công nghệ in 3D bê tông vào công trình xây dựng tại Việt Nam, nhóm nghiên cứu kiến nghị cần thực hiện tiếp tục một số nghiên cứu bao gồm: nghiên cứu độ chính xác và tính ổn định trong chế tạo hệ thống thiết bị in 3D bê tông; nghiên cứu độ chính xác và tính ổn định về điều khiển tự động trong quá trình in 3D bê tông đối với các cấu kiện và công trình xây dựng; nghiên cứu bố trí cốt thép cho các cấu kiện và công trình xây dựng trong quá trình in 3D bê tông; nghiên cứu tính toán thiết kế kết cấu các cấu kiện và công trình được sản xuất và xây dựng bằng công nghệ in 3D bê tông.
Các chuyên gia đóng góp ý kiến tại cuộc họp
Tại cuộc họp, các chuyên gia phản biện và thành viên Hội đồng đều nhất trí: nghiên cứu phát triển công nghệ in 3D bê tông là nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ mới, phức tạp, thuộc nội dung của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Nghiên cứu này đòi hỏi sự phối hợp của các nghiên cứu viên ở nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm cơ khí, tự động hoá, phần mềm máy tính, vật liệu bê tông, tính toán kết cấu… Qua đó, Hội đồng ghi nhận và đánh giá cao công sức, tâm huyết và tính chuyên nghiệp của nhóm nghiên cứu trong quá trình thực hiện nhiệm vụ.
Theo Hội đồng, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thành công các nội dung khoa học về làm chủ các quá trình thiết kế, chế tạo, lắp đặt, điều khiển tự động máy in 3D bê tông, đồng thời làm chủ được quy trình lựa chọn nguyên liệu sử dụng, các quy luật khoa học thực nghiệm về thành phần cấp phối, các tính chất của hỗn hợp bê tông 3D khi còn dẻo ướt cũng như các tính chất cơ lý của bê tông 3D khi đã đóng rắn. Các kết quả nghiên cứu của nhiệm vụ là bước đi đồng bộ về nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ in 3D bê tông đầu tiên tại Việt Nam, góp phần đặt nền móng vững chắc cho việc đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật cao trong ngành Xây dựng, giúp nâng cao năng suất lao động và hiệu quả sản xuất, đặc biệt rút ngắn tiến độ, nâng cao chất lượng và giảm giá thành công trình.Máy in 3D bê tông đầu tiên tại Việt Nam do VIBM thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh
Máy in 3D bê tông đầu tiên tại Việt Nam do VIBM thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh
Để nâng cao hơn nữa chất lượng các sản phẩm của nhiệm vụ, Hội đồng góp một số ý kiến: cần biên tập báo cáo tổng kết ngắn gọn, súc tích hơn, làm rõ các tính năng kỹ thuật của máy in 3D bê tông (tốc độ in, độ chính xác…) và vật liệu bê tông tính năng cao (khả năng đùn, khả năng xây, thời gian thi công, cường độ, độ co ngót…); chỉnh sửa các hình vẽ, bảng biểu đảm bảo rõ nét và kích thước hợp lý hơn; biên tập, chỉnh sửa một số lỗi chế bản, trình bày.
Kết luận cuộc họp, Chủ tịch Hội đồng Vũ Ngọc Anh đánh giá, trong khuôn khổ thời hạn được giao, nhóm nghiên cứu Viện Vật liệu xây dựng đã hoàn thành đầy đủ số lượng sản phẩm theo hợp đồng và đạt chất lượng tốt; hồ sơ nghiệm thu tuân thủ theo đúng trình tự thủ tục quy định hiện hành. Bên cạnh đó, nhóm cũng cần tiếp thu đầy đủ ý kiến đóng góp của các chuyên gia thành viên Hội đồng, hoàn thiện báo cáo tổng kết, các quy trình kỹ thuật và bộ bản vẽ thiết kế chế tạo máy in 3D bê tông.
Nhà bảo vệ có hình dáng kiến trúc cách điệu và tường rỗng tiết kiệm năng lượng
Hội đồng Tư vấn Bộ Xây dựng thống nhất nghiệm thu nhiệm vụ khoa học công nghệ do Viện Vật liệu xây dựng chủ trì thực hiện, với kết quả đạt loại Xuất sắc.