Kỹ sư MIT biến nhựa tái chế thành khung nhà bằng công nghệ in 3D

Kỹ sư MIT biến nhựa tái chế thành khung nhà bằng công nghệ in 3D

Nhựa dùng một lần là nguồn gây ô nhiễm môi trường dai dẳng, đồng thời nhu cầu nhà ở cho dân số toàn cầu đang tăng lên gây áp lực lớn lên các tài nguyên như gỗ. Các kỹ sư tại MIT đã đưa ra một ý tưởng có thể giải quyết đồng thời cả hai vấn đề này. Trong một nghiên cứu gần đây, nhóm do giáo sư kỹ thuật cơ khí David Hardt và nhà khoa học nghiên cứu AJ Perez dẫn đầu đã đưa ra kế hoạch sử dụng nhựa tái chế để in 3D các dầm, kèo và các kết cấu xây dựng đạt chuẩn. Vật liệu này có thể mang lại giải pháp thay thế nhẹ hơn và bền vững hơn cho khung xương gỗ truyền thống.

Mặc dù một số công ty đang nỗ lực sử dụng sản xuất bồi đắp quy mô lớn để tạo ra tường, họ chủ yếu sử dụng bê tông hoặc đất sét, quy trình sản xuất các vật liệu này thường gây tác động tiêu cực lớn đến môi trường. Các kỹ sư MIT nằm trong số những người đầu tiên khám phá việc in các yếu tố kết cấu khung xương — và làm điều đó bằng nhựa tái chế.

Thiết kế và thử nghiệm khả năng chịu tải

Thiết kế mà nhóm nghiên cứu tạo ra có hình dạng tương tự như các kèo gỗ truyền thống dùng để đỡ sàn nhà, với các dầm kết nối theo mô hình giống thang với các bậc chéo. Để kiểm tra, họ đã lấy các viên nang làm từ polymer PET tái chế và sợi thủy tinh từ một công ty vật liệu hàng không vũ trụ và đưa chúng vào máy in 3D cỡ phòng làm "mực in".

Khi họ in bốn kèo dài bằng vật liệu này và cấu hình chúng thành một khung sàn phủ ván ép, kết quả có khả năng chịu tải hơn 4.000 pound (khoảng 1.800 kg), vượt xa các tiêu chuẩn xây dựng quan trọng do Bộ Nhà ở và Phát triển Đô thị Hoa Kỳ đặt ra.

Ưu điểm vượt trội về trọng lượng và tốc độ

Các kèo in bằng nhựa nặng khoảng 13 pound (khoảng 6 kg) mỗi cái, đủ nhẹ để vận chuyển mà không cần xe tải chuyên dụng. Một máy in công nghiệp có thể sản xuất một kèo trong vòng dưới 13 phút. Quan trọng hơn, các nhà nghiên cứu đang phát triển quy trình này để hoạt động với nhựa "bẩn" chưa được làm sạch hoặc xử lý trước. Ngoài kèo sàn, họ đang làm việc để in các yếu tố khác và kết hợp chúng thành một khung nhà hoàn chỉnh cho một ngôi nhà quy mô vừa phải.

"Chúng tôi ước tính thế giới cần khoảng 1 tỷ ngôi nhà mới vào năm 2050. Nếu chúng ta cố gắng xây dựng số lượng nhà đó bằng gỗ, chúng ta sẽ cần chặt phá rừng nhiệt đới Amazon ba lần," Perez nói. "Chìa khóa ở đây là: Chúng tôi tái chế nhựa bẩn thành sản phẩm xây dựng cho những ngôi nhà nhẹ hơn, bền hơn và bền vững hơn."

Tầm nhìn về các nhà máy vi mô

Các nhà nghiên cứu hình dung rằng một ngày nào đó, rác thải như chai cũ và hộp đựng thực phẩm có thể được đưa trực tiếp vào máy nghiền, biến thành viên nang và đưa vào máy sản xuất bồi đắp quy mô lớn để trở thành các thành phần xây dựng kết cấu composite. Tại công trường xây dựng, các yếu tố này có thể được lắp ráp nhanh chóng thành một khung nhà vừa nhẹ vừa vững chắc.

"Ý tưởng là đưa các container vận chuyển đến gần nơi bạn biết sẽ có nhiều nhựa, như ngay cạnh sân vận động bóng đá," Perez nói. "Sau đó bạn có thể sử dụng công nghệ nghiền sẵn có và cho nhựa bẩn đã nghiền đó vào hệ thống sản xuất bồi đắp quy mô lớn, có thể tồn tại dưới dạng các nhà máy vi mô, giống như các trung tâm đóng chai, trên khắp thế giới. Bạn có thể in các bộ phận cho cả những tòa nhà đủ nhẹ để vận chuyển bằng xe máy hoặc xe bán tải đến nơi cần nhà ở nhất."