COVID Sonrası Dönem ve 3D Beton Yazıcı İhtiyacı
“Yeni normal” olarak adlandırdığımız salgın sonrası düzen, inşaat sektörü de dâhil olmak üzere, hayatın bütün alanlarında insanları alternatif yollar aramaya itiyor. Lem Bingley, ön saflarda yer alan uzmanlar ile inşaatın dijital dönüşümünü masaya yatırdı.
COVID-19 krizi ofiste çalışan herkesin “uzaktan çalışma” konusunda gözünü açtı.
Paul Mullett, bu tarz düşüncelerin ne kadar yaygınlaştığına dikkat çekti. Robert Bird Grup’ta Mühendislik ve Teknoloji Yöneticisi olarak görev yapan Mullett aynı zamanda, inşaat sektöründe bu imkâna sahip az sayıda insanın bulunduğunu da belirtti.
Sektörün insan gücüne olan bağımlılığını vurgulayan Mullett, yeni normale uyum sağladıkça, hacimsel modüler, düz modüler veya diğer endüstriyel inşaat biçimlerine yönelik ilginin oldukça artacağını öne sürdü.
“Diğer” kategorisinde yer alan 3D beton baskı, dijital bir tasarıma göre birçok ince katmanın robotik olarak bir araya getirilmesini içeren bir katmanlı imalât yaklaşımıdır. Katmanlar yerleştikçe, malzeme özellikleri kalıba dökülmüş beton ile benzerlik gösteren bir yapı hâlini alır.
Hâlihazırda sektörün küçük bir bölümünü kapsasa da geliştirilmesinde çalışan uzmanlar 3D beton yazıcının büyük bir potansiyel taşıdığını dile getirdi. 3D beton yazıcıların özellikle ağır iş gücüne olan ihtiyaç konusunda büyük değişikliklere yol açması bekleniyor.
Geçtiğimiz yılın nisan ayında Robert Bird Grup, yerel ortakları arasında Dubai Amerikan Üniversitesi, Arabtec Yapım ve 3DVinci Creations’un bulunduğu Dubai 3D Baskı ve Dijital İnşaat Merkezinin bir üyesi oldu. Merkezin kurulma amaçları arasında bu yeni teknoloji hakkında bilgi eksikliklerini gidermek, neleri yapıp yapamayacağı hakkında ilgilileri bilgilendirmek yer alıyor.
Mullett, 3D beton baskısını sektörün ana sınavı olarak nitelendirdi.
Sektörün an itibarıyla teknolojik çıkmazlarla baş ettiğinin altını çizen Mullett, “Eğer bu teknolojiden doğru şekilde faydalanamazsak, sektör olarak nasıl ilerleyebiliriz?” sorusunu yöneltti.
“Her müteahhit, danışman, çalışma standartları belli bir düzen üzerine göre işliyor. 3D baskı, tasarım, malzeme, metot ve hatta kullandığımız üretim tesisi de dâhil olmak üzere birçok alanda alışkanlıklarımıza ters düşüyor.”
Gelecek Otomatikleşiyor
Hollanda’da bulunan BAM Infra şirketinin İnovasyon Uzmanı Jeroen Nuijten benzer düşüncelerini dile getirdi. Salgının iş gücüne olan bağlılığımızı ortaya çıkardığını vurgulayan Nuijten, uygulama sürecinde artan robot kullanımının bu bağımlılığı önemli ölçüde azaltabileceğini belirtti.
“İş gücü ve barınma ihtiyacı ve iklim değişikliği de düşünüldüğünde sektör, endüstri veya ülke olarak bu yola yönelmenin sayısız nedeni var.” şeklinde ekledi.
BAM, Eindhoven Teknik Üniversitesi bünyesinde bulunan bir araştırma kurulu aracılığıyla 3D beton baskı üzerine çalışmaya başladı. 2017’de başlayan projenin sonucunda, bisikletçiler ve yayaların kullanımı için 8 metre uzunluğunda bir köprü inşa edildi.
Bu süreçten çok şey öğrendiğini belirten Nuijten, geleneksel yapı tekniklerine kıyaslandığında malzemeden %40 tasarruf ettiklerini belirtti. Bunun yanı sıra, inşa sürecini çok daha hızlı gerçekleştirebildiklerini ekledi.
2019 yılında bir şirket ile ortaklık kuran BAM, baskı çalışmalarını üniversite kampüsünden kendi ticari fabrikasına taşıdı. Nuijten, şirketin daha büyük bir köprü projesinin yanı sıra konut ve ulaşım sektörlerinde yer alan projeler için gerekli bileşenlerin baskısının yapıldığını ve bazılarının hâlihazırda İngiltere’de kullanımda olduğunu belirtti.
Fayda Sağlayacak Büyük Projeler Geliyor
BAM, Heathrow havaalanının genişletilmesi gibi büyük çaplı projelerde bu teknolojinin rol oynayacağını öngörüyor. Nuijten şu anda ellerindeki teknolojiyi sektörün diğer kısımlarına ve farklı sektörlere nasıl uyarlayabileceklerini araştırdıklarını söyledi. Köprünün inşasında yalnızca gerekli olduğu noktada dayanım sağlayan beton baskının malzeme tasarrufuna izin verdiğini de vurguladı. “Köprünün içine bakacak olursanız, içinde boşluklar bulunuyor.” Köprü açıklığını oluşturan parçalar boş “kuleler” şeklinde basıldı. Açıklığı oluşturan bileşenler, sahada 90 derece döndürülen ve yatay olarak uzanmak için birbirine bağlanan, boşluklardan geçen ardgermeli çelik kablolarla basınç altında kalan içi boş “kuleler” olarak basılır.
Nuijten, içi boş açıklık sayesinde ağırlığın azalmasının başka alanlarda tasarruf veya karbon emisyonundaki azalma da dâhil olmak üzere birçok pozitif sonuç doğurabileceğini açıkladı. “Kalıp kullanmıyoruz” şeklinde ekledi. “Kalıp bir kez kullanılan bir şey, bu noktada da tasarruf ediyoruz.”
Daha büyük olan köprü projesi için, BAM köprü açıklığı için gerekli parçaların yanı sıra ankraj bloklarını da üretecek. Royal Bam Grup’ta Dijital İnşa Yöneticisi olarak bulunan Mark Taylor, taban yatağını dökmek için uçlara kalıcı kalıp basacaklarını belirtti.
“Köprünün belli kısımlarını kafes donatı ile kaplayacağız, böylece dış kısmı robot tarafından basıldığı için dışarıdan bakan birine tamamen aynı görünecek. Yapısal bütünlüğü sağlamak adına bazı bölümlerde geleneksel donatı i ve kütle betonu da kullanacağız.”
Taylor, 3D basılmış betonun katmanlı yapısının altında oldukça homojen bir yapıya sahip olduğunu açıkladı. “Bütün doğrultularda kesme kapasitesi aynı. Baskıyı katmanlı yapmamız sebebiyle, insanlar bazen yapının katmanlarından ayrılacağını düşünebiliyor. Fakat testlerin de kanıtladığı gibi, yekpare olarak dökülen beton bir elemandan herhangi bir farkı yok.”
3D Olanakları
BAM tarafından geliştirilen teknik, ilave dayanım ve esneklik için lif donatılı beton kullanımına açık olmakla beraber her katmana çelikkablo da eklenebilir. Nuijten, kabloları katmanların tam ortasına yerleştirmenin bir yolunu geliştirdiklerini belirtti.
“Yüksek verim elde edebilmek için, beton içine donatı yerleştirmenin ve kaplamanın özel yollarını geliştirdik.”
Nuijten aynı zamanda, dijital kontrollü 3D basım teknolojilerinin üretken veya parametrik tasarım teknolojilerinin de yardımıyla, başka bir yolla yapımı imkânsız olan oldukça verimli yapılar ortaya çıkarmaya olanak sağladığının altını çizdi.
“İstediğiniz herhangi bir şekli bastırabilirsiniz. Parametrik tasarım en uygun çözümleri tasarlamanıza olanak sağlıyor. Optimal çözümü ek ücret olmadan tasarlamanıza imkân tanıyan bu iki özellik bir araya geldiğinde oldukça etkili.”
“Süreç bizim için gittikçe ilginçleşiyor. Artık karmaşık olan kısım yaratma süreci değil -yazıcı her şeyi yapabiliyor- ondan ziyade, sahada basılan parçaları nasıl bir araya getireceğimiz kafamızı meşgul ediyor, adeta büyük bir yapbozu çözmek gibi..” şeklinde ekledi.
Taylor, firmanın ilk yaptığı mütevazı köprüsünün ötesinde, inşaatta kullanılabilecek birçok uygulamanın ortaya çıkacağını öngörüyor: “İnşaat sektörü köprüler, deniz yapıları ve nehir korumalarında kullanılmak üzere birçok yerde beton elemanlar kullanıyor. Bu durum için karbon ayak izimizi de azaltacak, daha inovatif çözümler bulmak mümkün.”
“En başarılı projeler aslında geleneksel yöntemleri katmanlı imalât yöntemleriyle değiştirdiklerimiz değil, en başından düşünmeye başladığımız, problemleri çözmek adına müşteri ile beraber çalıştığımız projeler.” şeklinde ekledi.
Cephe Kaplamasına Beton Çözümü
Laing O’Rourke, Londra’da bulunan Tottenham Court Road ve Liverpool Street istasyonlarının dış cephe kaplaması için patlamalara karşı dayanıklı betonu 3D beton baskısı ile üretti.
İnşaat firmasının İngiltere Altyapı Başkanı Declan McGeeney, ilk adımın tünelleri ve tünel açma yüklenicisi tarafından belirtilen diğer boşlukları taramak ve dijital olarak modellemek olduğunu açıkladı. Modelleme sayesinde şantiye dışında dökülecek gerekli kaplamanın tam şekli belirlendi. McGeeney, kalıpların mimari açıdan oldukça karmaşık olduğunu belirtti.
Avustralya’daki mühendisleriyle çalışan Laing O’Rouke, bu aşama için FreeFab adı verilen yeni bir işlem geliştirdi. Süreç, 3D yazıcının karmaşık bir kalıbın dijital modelini balmumu katmanları yaratarak fiziksel bir şekle dönüştürmesiyle başlıyor. Sonrasında yine dijital olarak yönlendirilen 5 eksenli freze makinesi, 3D yazıcıdan çıkan kademeli yüzeyi pürüzsüzleştiriyor. Dış cephe için şeklin üzerine cam lif donatılı beton (GRC) püskürtüldükten sonra beton sertleşmeye bırakılıyor. Beton sertleşince içindeki balmumu eritilerek parça tamamlanıyor.
Operasyon Direktörü David Shillito, bu yaklaşımı kullanmadan işi zamanında bitirmenin imkânsız olduğunu söyledi. “2.300 farklı kalıpla 32.000 metrekare kaplama üretmek zorundaydık. Çift kıvrımlı olan kalıplar için el ile yontacak kalifiye iş gücü bulacak olsak hâlâ arıyor olurduk.”
Shillito aynı zamanda eğer kalıpların manuel olarak yapılacağı düşünülseydi, Crossrail projesinin dökme beton cephe kaplamalarını içermeyeceğini düşündüğünü söyledi. “3D baskı tekniklerinin farkındalardı, fakat nasıl uygulayacaklarını bilmiyorlardı.”
2014 yılında Yorkshire merkezli bir GRC (cam lif donatılı beton) uzmanıyla çalışan Laing O’Rourke, sonrasında projeyi kendi bünyesine geçirmek amacıyla taşeronu satın aldı. McGeeney, an itibarıyla 60 kişiyi istihdam edebilen kârlı bir girişim olarak nitelendirdiği GRC bölümünün, şantiye dışı üretim ve dijital mühendislik felsefesinin daha geniş bir kitleye yayılmasına olanak sağladığını belirtti.
FreeFab uygulamasının zor mekânlara yerleştirilmesi gereken oldukça karmaşık şekiller içeren projelere uygun olduğunu söyleyen McGeeney, GRC kaplamanın Granfell sonrasında daha yaygın olarak tercih edilen bir seçenek hâline geleceğini ekledi. Yangın nitelikleri, sağlamlığı ve patlamaya karşı dayanıklılığı nedeniyle daha yaygın hale geldiğini belirten McGeeney, özellikle demiryolu veya havaalanı terminalleri gibi kamusal alanlara uygun olduğunu söyledi.
Shillito, GRC’nin geleneksel beton kaplamaya kıyasla önemli ölçüde ağırlık tasarrufu sağladığını ekledi. “Kalınlığın onda biri, yani malzemenin yalnızca onda birini kullanıyorsunuz. Püskürtme tabancasından kalıba doğru düşen lifler bu süreçte bir araya geçerek dayanım ve sünekliğini artırıyor. Patlama esnasında koruma sağlamasının ana sebebi bu.”
