Carbon Fiber สามารถเป็นวัสดุก่อสร้างได้หรือไม่?

ในปี 1884 อาคารสูงแห่งแรกที่สร้างขึ้นบนองค์ประกอบที่ทำจากโครงสร้างเหล็กที่มีน้ำหนักเบา ราคาไม่แพง และมีความคงทนที่ช่วยให้โครงสร้างในการก่อสร้างมีความสูง แข็งแรง และรวดเร็วกว่าวัสดุที่ทำจากไม้หรือหิน

พิจารณาจากตึกระฟ้าแรกของโลก คืออาคาร Home Insurance ที่ช่วยเปลี่ยนสถาปัตยกรรม วิศวกรรม และการก่อสร้างไปตลอด โดยแสดงให้เห็นว่าเหล็กสามารถใช้เป็นวัสดุในการก่อสร้างอาคารได้ ตัวอาคารมีความสูง 10 ชั้น (138 ฟุต) ซึ่งถือว่าเป็นต้นกำเนิดของทุกการก่อสร้างอาคารสูง รวมทั้งอาคารที่สูงที่สุดของโลกในปัจจุบัน เช่น อาคาร Burj Khalifa ในดูไบ ที่สูงถึง 206 ชั้น และสูงมากกว่าครึ่งไมล์

มากกว่า 130 ปีต่อมา เหล็กและโครงเหล็กยังคงเป็นส่วนหลักในการก่อสร้าง แต่นวัตกรรมในวัสดุผสม (composite materials) และเทคนิคหุ่นยนต์การผลิตอาจจะเป็นอิทธิพลใหม่ๆ ที่จะออกจากพวกเขาเร็วๆ นี้ และหากการวิจัยที่เกิดขึ้นที่ Autodesk BUILD (Building, Innovation, Learning, และ Design) Space ในบอสตันเป็นข้อบ่งชี้ใดๆ ก็อาจจะเป็นแค่การเปลี่ยนแปลง

วัสดุที่น่าอัศจรรย์

หนึ่งในส่วนใหญ่ของสัญญาประกอบสำหรับอนาคตของอาคารคาร์บอนไฟเบอร์เป็นโพลิเมอร์ที่ประกอบไปด้วยเส้นใยของอะตอมคาร์บอนที่มีลักษณะยาวและบางถูกผูกไว้ด้วยกันในรูปแบบผลึก แต่ละเส้นใยบางมากกว่าเส้นผมมนุษย์ มีน้ำหนักเบากว่าเหล็ก แข็งแรงมากกว่า 5 เท่า และแข็งเป็นสองเท่า เป็นที่นิยมโดยเฉพาะในหมู่ผู้ผลิต เส้นใยบิดเป็นเกลียวติดกันเหมือนกับเส้นด้ายที่สามารถทอเป็นผ้าหรือดัดแปลงให้กลายเป็นรูปร่างถาวร กระบวนนี่นำไปใช้สำหรับทุกสิ่งตั้งแต่ โครงจักรยาน คันเบ็ด และปีกเครื่องบินไปจนถึงบอดี้รถแข่ง ไม้กอล์ฟ และเสาเรือใบ

“คาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุผสมอื่นๆ มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งหมายความว่านี่เป็นสิ่งที่มีน้ำหนักน้อยมาก แต่สามารถรับน้ำหนักได้มาก” Simon Kim สถาปนิกและผู้พักอาศัยที่ BUILD Space ล่าสุดกล่าว

เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติพิเศษดังกล่าว Kim และคนอื่นๆ เชื่อว่านี่เป็นวัสดุก่อสร้างที่ดีมาก “Composites แสดงให้เห็นถึงโอกาสที่น่าสนใจมากสำหรับการสร้างและการปรับแต่งอย่างรวดเร็ว” Kim กล่าว ที่ใช้เวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์ในการสร้างรั้วล้อมสำหรับบ้านหลังเล็กๆ จากคาร์บอนไฟเบอร์ เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้วัสดุธรรมดา โครงสร้างประกอบสามารถสร้างขึ้นได้รวดเร็วมากกว่าและไม่จำเป็นต้องใช้แรงงานเฉพาะและขั้นตอนการทำงานจำนวนมาก จึงทำให้สามารถก้าวไปได้เร็วขึ้น ห่วงโซ่การส่งมอบสั้นลง การใช้วัสดุลดลง และประหยัดงบประมาณมากขึ้น

ด้วยความยืดหยุ่นและน้ำหนักเบา คาร์บอนไฟเบอร์จึงสามารถเคลื่อนย้ายได้ง่าย “Modules สามารถยกขึ้น นำไปที่อื่นและผูกติดกับส่วนประกอบผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ได้ตามที่ต้องการ” “ซึ่งการสร้างโครงสร้างประกอบนั้นยืดหยุ่นได้มากกว่าการสร้างแบบดั่งเดิม ที่สมมติฐานของความคงทนอาจไม่ได้เป็นสิ่งที่ดีเสมอไป”

การผลิตในอนาคต

การถือกำเนิดของเหล็กเพียงอย่างเดียวไม่สามารถสร้างตึกระฟ้าได้ เพื่อใช้ประโยชน์ของเหล็ก สถาปนิกจำเป็นต้องการเทคนิคใหม่ๆ ในการสร้างเช่นกัน เช่นเดียวกับวัสดุด้านวัตกรรม เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งศักยภาพของมันขึ้นอยู่กับการพัฒนาวิธีการผลิตที่ทันสมัย เพื่อลดช่องว่างระหว่างห้องปฏิบัติการและไซต์งาน

ในระยะเวลาการครอบครอง BUILD Space เมื่อไม่นานมานี้ Kim และเพื่อนผู้พักอาศัย Ayoub Lharchi และ Yencheng Lu บัณฑิตจากมหาวิทยาลัย Stuttgart ได้ทดลองและสาธิตวิธีการดังกล่าว งานของพวกเขาจะมีความหมายในอนาคต ที่กรณีทางด้านสถาปัตยกรรมสำหรับวัสดุผสมที่จะมีความแข็งแรงเท่ากับเหล็กหรือมากกว่า

จากประติมากรรมไปยังโครงสร้าง

Kim ได้เริ่มพักอาศัยในบอสตันตั้งแต่มิถุนายน 2017 เป้าหมายคือ เพื่อพิสูจน์ว่าการก่อสร้างคาร์บอนไฟเบอร์ สามารถสร้างรูปแบบที่เหนือกว่าได้เช่นกัน ไม่ใช่เพียงแค่มีฟังก์ชั่นที่เหนือกว่า ทดสอบ โดยการประเมิณคุณสมบัติด้านความแข็งแรงของเรซินที่แตกต่าง เพื่อสร้าง carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) composites

“พวกเราใช้การก่อสร้างชั่วคราว ไม่ใช่เพียงแค่แสดงให้เห็นว่าคาร์บอนไฟเบอร์สามารถทำอะไรได้บ้าง แต่แสดงให้เห็นว่านี่คือศิลปะที่สวยงามด้วยเช่นกัน” Kim กล่าว ซึ่ง Kim มุ่งเน้นไปที่การมองเห็นและการสัมผัสได้ของโครงสร้าง CFRP ใน “The Forest of Sound” โครงการกองทุน a Pew-funded เสร็จสิ้นด้วย Lembit Beecher นักแต่งเพลงโอเปร่าสำหรับ ‘Sophia’s Forest’ การแสดงโอเปร่าครั้งแรกในโลกของเขา ที่เปิดเผยขึ้นในเดือนกันยายน 2017 ในนครฟิลาเดลเฟีย ฟีเจอร์โอเปร่า “sound sculptures” สร้างโดย Kim และทีมที่ BUILD Space ขนาดนักแสดงแต่ละคนประกอบด้วยเปลือกคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ช่วยสร้างเสียงโดยรอบระหว่างการแสดง

ถึงแม้ว่าจะสร้างขึ้นในขนาดเล็ก ประติมากรรมพกพาที่คล้ายกับใยแมงมุมหรือรังไหม ตามที่ Kim มีการพูดเป็นนัยเรื่องสถาปัตยกรรมที่อาจเกิดขึ้นได้ของคาร์บอนไฟเบอร์ เขาแลเห็นอนาคตในโครงสร้างที่มีอยู่ เช่น โกดังที่ถูกควบคุมอุณหภูมิ เป็นการนำกลับมาใช้ใหม่โดยการเพิ่มรังไหมหรือแคปซูลคาร์บอนไฟเบอร์ โดยพื้นฐานภายนอกของอาคารจะยังคงมั่นคง แต่ภายในอาจจะถูกปรับแต่งด้วยสำนักงานแบบแยกส่วนหรือที่พักอาศัยที่ผลิตโดยการใช้กระบวนการและแหล่งที่มาเดียวกันเหมือนประติมากรรมเสียงของ Kim

“พวกเราสามารถสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกใหม่ๆ ได้ แต่พวกเราจำเป็นต้องเผชิญความเป็นจริงที่พวกเราได้รับเป็น 100 เท่าของปีของการก่อสร้างที่มีอยู่ที่ไม่ได้ไปทุกที่” Kim กล่าว “ในการสร้างอาคารคอนกรีต อิฐ และ stone-panel เหล่านี้และการสร้างใหม่นั้นเป็นเรื่องยากในเงื่อนไขของพลังงานทดแทนและ footprints ทำไมจึงไม่นำกลับมาใช้ใหม่และทำให้มีฟังก์ชั่นที่ทันสมัยด้วยการเพิ่มการปรุงแก้ไขที่ดีขึ้น ทำให้มีน้ำหนักเบา และมีราคาถูกลง?”

สร้างอนาคตของการผลิต

ธรรมชาติของโลกเต็มไปด้วยรูปทรงเรขาคณิตที่น่าสนใจจาากเกลียวและทรงกลมไปยังเส้นโค้งและกรวย และยังสร้างโลกที่มักประกอบด้วย สามเหลี่ยม วงกลม และสีเหลี่ยมด้วยเช่นกัน มีการมองหาการปลดล็อกแคตตาล็อกขนาดใหญ่ของรูปร่างที่เป็นไปได้สำหรับวัตถุก่อสร้าง โดย Lharchi และ Lu ใช้ที่พักอาศัย BUILD Space ของพวกเขาในการสำรวจรูปทรงเรขาคณิตที่อาจเกิดขึ้นได้ของ fiber-reinforced composites (FRCs)

การสร้างรูปทรงเรขาคณิตใหม่ด้วย FRCs รวมทั้งคาร์บอน แก้ว และอารามิดไฟเบอร์ จำเป็นต้องใช้วิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพ “การใช้ที่ดีที่สุดของไฟเบอร์คือการใช้สำหรับโครงสร้างช่วงขนาดใหญ่ เช่น เมื่อต้องการคลุมหลังคาของสเตเดียมและไม่ต้องการให้มีเสาปิดกั้นพื้นที่ด้านล่าง” Lharchi กล่าว “หากต้องการสร้างบางสิ่งอย่างเช่นในปัจจุบัน สามารถใช้เครื่องจักรขนาดใหญ่เหมือนที่พวกเขาใช้เพื่อทำที่พักอาศัย 3D-printed ซึ่งแทบจะไม่สามารถจินตนาการได้ใน site หรือแขนของหุ่นยนต์ในทางอุตสาหกรรม ที่ถูกจำกัดโดยวิธีที่แขนสามารถเข้าถึง สิ่งที่พวกเรากำลังทำคือการหาวิธีการผลิตที่ใช้ได้จริงสำหรับการก่อสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่ [FRC] อย่างต่อเนื่อง”

หนึ่งในวิธีการผลิตที่ถูกคาดหวังคือการใช้หุ่นยนต์เคเบิล ทีมของเขาได้พิสูจน์ให้เห็นถึงโอกาสของหุ่นยนต์เคเบิล ซึ่งเขาใช้เชือกเพื่อจำลองคุณสมบัติทางพฤติกรรมของคาร์บอนไฟเบอร์

“ถ้าคุณเคยเห็น skycam ที่สเตเดียม นั่นคือพื้นฐานของหุ่นยนต์เคเบิลที่มีกล้องติดอยู่” Lharchi กล่าว ระบบที่คิดขึ้นใหม่ของสองการทำงานหุ่นยนต์เคเบิลในพาราเรล ในขณะที่พวกเขาสำรวจเคเบิล หุ่นยนต์ได้แลกเปลี่ยนไฟเบอร์กลับไปมา การทอในแนวทางที่สามารถให้รูปทรงเรขาคณิตมีลักษณะพิเศษเหมือนกับรูปแบบที่เป็นขด “ทุกเวลาที่คุณจำเป็นต้องสร้างโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่ น้ำหนักเบา ไฟเบอร์คือตัวเลือกที่ดี โดยการตรวจสอบวิธีการผลิตที่ราคาประหยัดและเข้าถึงได้ง่าย หวังว่าพวกเราสามารถสร้างหลักสำคัญในการก่อสร้างไฟเบอร์ on-site ได้”

ซินเนอร์จี้ซอฟต์ ตัวแทนจำหน่ายซอฟต์แวร์อย่างเป็นทางการและถูกต้องในประเทศไทยของออโตเดสก์ สำหรับท่านที่ต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ สามารถสอบถามได้ทางเจ้าหน้าที่ซินเนอร์จี้ซอฟต์ที่ This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. หรือ 085-323-5453, 02-692-2575 หรือทาง Online Store ทางเรายินดีให้คำปรึกษาอย่างมืออาชีพ