สะพานสเตนเลสที่สร้างจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

     สะพานสเตนเลสสตีลที่สร้างขึ้นจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติแห่งแรกของโลก เปิดอย่างเป็นทางการแล้วในกรุงอัมสเตอร์ดัม โดยมีสมเด็จพระราชินีมักซิมาแห่งเนเธอร์แลนด์ (Queen Máxima of the Netherlands) เข้าร่วมด้วย โดยพิธีจัดขึ้นในย่านที่เก่าแก่ที่สุดของเมือง 

        แนวคิดในการออกแบบ

     MX3D บริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติดัตช์ ได้เสนอโครงการในปี 2558 โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบหุ่นยนต์ขนาดใหญ่

     Gijs van der Velden ผู้ร่วมก่อตั้งและซีอีโอของ MX3D กล่าวว่า "เมื่อเราเริ่มต้นด้วยแนวคิดที่ว่าสะพานมีขนาดใหญ่กว่าชิ้นส่วนใดๆ ที่เคยพิมพ์ด้วยโลหะ 3 มิติ ถึง 100 เท่า ซึ่งมันท้าทายเรามาก และตอนนี้มัน เสร็จแล้ว และผมเชื่อได้ว่าสะพานจะเป็นวัตถุพิมพ์โลหะที่ใหญ่ที่สุด ไปอีกหลายปีข้างหน้า"

     โครงการนี้ได้รับทุนจาก Lloyd's Register Foundation, ABB, Air Liquide, ArcelorMittal, Autodesk, AMS Institute และ Lenovo ซึ่งช่วยให้ MX3D บรรลุเป้าหมาย สะพานได้รับการออกแบบโดย Joris Laarman Lab โดยมี Arup เป็นหัวหน้าวิศวกร

     Tim Geurtjens ผู้ร่วมก่อตั้ง MX3D กล่าวว่า "เมื่อสองสามปีก่อน เราเกิดแนวคิดในการใช้เครื่องพิมพ์โลหะสามมิติแบบหุ่นยนต์ที่เราพัฒนาขึ้นเพื่อพิมพ์สะพานเหล็กขนาดจริงที่ใช้งานได้จริง เมื่อรวมกับความตื่นเต้นของความคิดบ้าๆนี้ ก็ทำให้ตระหนักว่าไม่มีทางที่เราจะทำสิ่งนี้ได้เพียงลำพัง สำหรับโครงการที่ซับซ้อนและบ้าคลั่งเช่นนี้ถ้าต้องการความสำเร็จ คุณต้องการคนที่ฉลาดและกระตือรือร้นจำนวนมาก เรารู้สึกขอบคุณมากที่เรามีโอกาสได้ร่วมงานกับบุคคลชั้นนำและธุรกิจในสาขาหุ่นยนต์ วิศวกรรม เทคนิคการเชื่อม และการพัฒนาซอฟต์แวร์" 

     เทคโนโลยีการพิมพ์ของ MX3D ที่เป็นเอกสิทธิ์เฉพาะ ใช้หุ่นยนต์เชื่อมแบบนอกชั้นวางเพื่อสร้างวัตถุที่เป็นโลหะทีละชั้น การออกแบบสะพานถูกสร้างขึ้นโดยใช้การออกแบบทั่วไปและเทคนิคการเพิ่มประสิทธิภาพเทคโนโลยี

     Stijn Joosten วิศวกรโครงสร้างที่ Arup กล่าวว่า "การออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์ของสะพานจะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีการพิมพ์ 3 มิติ “ การหาคุณสมบัติทางโครงสร้างของเหล็กที่พิมพ์ 3 มิติ เป็นขั้นตอนที่สำคัญสำหรับการสร้างโครงการสถาปัตยกรรมโดยใช้เครื่องมือดิจิทัล เหล็กกล้าที่พิมพ์ออกมามีรูปแบบที่แตกต่างอย่างมากเมื่อเทียบกับเหล็กธรรมดา จึงจำเป็นต้องมีการวิจัยวัสดุพื้นฐานใหม่ด้วยกฎการคำนวณที่แตกต่างกัน" Joosten ยังกล่าวต่ออีกว่า "เราสร้างงานวิจัยนี้ขึ้นมาใหม่ตั้งแต่ต้น และเป็นเรื่องที่ดีที่เห็นผลสำเร็จในตอนนี้ เป็นการเปิดโลกแห่งความเป็นไปได้สำหรับสถาปนิก วิศวกร และนักออกแบบ ที่จะมีอิสระในการคิดค้นในรูปแบบที่มากขึ้น และสร้างรูปทรงหรือโครงสร้างใหม่ๆที่ไม่สามารถสร้างขึ้นได้หากไม่ใช้การพิมพ์สามมิติ"

     ในระหว่างปี 2017 ถึงปี 2018 มีการใช้หุ่นยนต์สี่ตัวพิมพ์แบบสามมิติบนโครงสร้างความสูง 12 เมตร (39.3 ฟุต) โดยใช้เหล็กกล้าไร้สนิมมากกว่า 6,000 กิโลกรัม (13,200 ปอนด์)  นวัตกรรมในการออกแบบและเทคโนโลยีสะพานนี้ทำหน้าที่เป็น "ห้องปฏิบัติการที่มีชีวิต" ตามคำบอกเล่าของ MX3D ที่เรียกมันว่า "สะพานอัจฉริยะ" สะพานนี้ติดตั้งเซ็นเซอร์ที่จะให้ส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ เพื่อให้หน่วยงานสามารถตรวจสอบบนระบบ Internet of Things (IoT) ในสภาวะแวดล้อมที่เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น พวกเขาสามารถวิเคราะห์พฤติกรรมของคนเพื่อทำความเข้าใจถึงผลกระทบของการท่องเที่ยวในย่านโคมแดงของอัมสเตอร์ดัมได้ดีขึ้น

       เครือข่ายเซ็นเซอร์อัจฉริยะที่ป้อนข้อมูลให้กับ Digital Twin

     MX3D ซึ่งรวมถึง The Alan Turing Institute, FORCE Technology และ University of Twente ใช้เวลาสามปีที่ผ่านมาในการสร้างและติดตั้งเครือข่ายเซ็นเซอร์ แสดงถึงผลข้อมูลในแบบจำลองสด และสร้างการวิเคราะห์ที่ใช้งานได้นอกเหนือจากการป้อนข้อมูลลงใน Digital Twin ของสะพาน

     เซ็นเซอร์ของสะพานจะรวบรวมข้อมูลการตรวจวัดเชิงโครงสร้าง เช่น ความเครียด(strain) การหมุน(rotation) โหลด(load) การเคลื่อนที่(displacement) และการสั่นสะเทือน(vibration) และยังรวมถึงปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น คุณภาพอากาศและอุณหภูมิ ฝาแฝดดิจิทัลจะช่วยวิศวกรตรวจสอบสภาพของสะพานและติดตามการเปลี่ยนแปลงตลอดอายุของสะพาน ข้อมูลจากเซ็นเซอร์จะถูกใช้เพื่อ "สอน" สะพานเพื่อให้เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นบนสะพาน เริ่มต้นด้วยความสามารถในการนับจำนวนคนที่ข้ามสะพานและมีความเร็วเท่าไร 

     นักวิจัยจาก Autodesk ได้ออกแบบซอฟต์แวร์สำหรับใช้สั่งการและทำหน้าที่เป็นผู้รวมระบบหลัก สำหรับสมาร์ทบริดจ์ Autodesk ทำงานร่วมกับพันธมิตรของ Data Centric Engineering Program ที่ Turing Institute รวมถึง FORCE Technology และ University of Twente เพื่อออกแบบและติดตั้งเครือข่ายเซ็นเซอร์

     ในรูปแบบต้นแบบ เครือข่ายนี้ยังมีประโยชน์ในการทดสอบโครงสร้างบนสะพาน การทดสอบโหลด และการทดสอบวัสดุ ดำเนินการโดยทีม Data Centric Engineering เพื่อพิสูจน์ว่าสะพานสามารถรับน้ำหนักได้อย่างน้อย 19.5 ตัน ซึ่งน้อยกว่าน้ำหนักของโครงสร้างเหล็กที่ใช้กับงานคอนกรีต

     "การขยายความร่วมมือกับ MX3D ได้ทำให้ Autodesk มีแพลตฟอร์มสำหรับทดสอบและพัฒนาเทคโนโลยี IoT ดิจิทัลทวินของเรา เพื่อช่วยให้ MX3D สร้างสะพานเชื่อมเป็นโครงสร้างอัจฉริยะที่ล้ำหน้าที่สุดในโลกในด้านการออกแบบ การสร้าง และการใช้งาน" Alex Tessier ผู้อำนวยการอาวุโส และนักวิเคราะห์การวิจัยที่ Autodesk กล่าว

     Mark Girolami ผู้อำนวยการโครงการด้านวิศวกรรมข้อมูลเป็นศูนย์กลางที่ Turing กล่าวว่า "เมื่อเรานำการพิมพ์ 3 มิติร่วมกับเทคโนโลยีดิจิทัลทวิน เราสามารถเร่งกระบวนการออกแบบโครงสร้างพื้นฐานได้ เพื่อให้มั่นใจว่าเราออกแบบโครงสร้างที่เหมาะสม และมีประสิทธิภาพสูงสุดโดยคำนึงถึงผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อม เสรีภาพทางสถาปัตยกรรม และต้นทุนการผลิต"

     ในอนาคตข้างหน้าเราคงจะได้เห็นสิ่งประดิษฐ์ใหม่ๆ และความหลากหลายทางสถาปัตยกรรม ที่เกิดขึ้นจากเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติกันมากขึ้น ดังนั้นในอนาคตผลงานที่เราคิดค้นและออกแบบน่าจะใช้เวลาในการสร้างที่สั้นลง ทำให้เราสามารถสร้างผลงานได้มากขึ้น และอย่าพึ่งบอกว่ามันเป็นไปไม่ได้ เพราะสะพานจากเครื่องพิมพ์ 3 มิตินี้แสดงให้เราเห็นแล้วว่ามันเป็นไปได้

Credit | MX3D, dezeen, Robotics247, The Alan Turing, Buzz Watch

        วีดีโอที่เกี่ยวข้อง