Kiểm soát nhiệt độ ánh sáng bằng nhựa nhiệt dẻo in 3D

Mái nhà ga Euston ở London là bối cảnh kiến trúc quy mô lớn cho ứng dụng ảo của hệ thống Metaplas, được tạo ra bởi sinh viên từ Trường Kiến trúc Bartlett, UCL. Là một phần của cuộc điều tra được thực hiện trong Cụm Nghiên cứu 8 (RC8) của chương trình Thạc sĩ về Thiết kế Kiến trúc, sinh viên đã phát triển một hệ thống đa vật liệu in 3D từ nhựa nhiệt dẻo phân hủy sinh học và tái chế. Chuyển đổi các tấm vật liệu phẳng thành các hình thức ba chiều phức tạp, sinh viên đã tạo ra một hệ thống kết cấu với các nếp gấp hình học cho phép kiểm soát thụ động ánh sáng của các không gian bên trong.

Các phương pháp thiết kế và xây dựng đương đại thường thiếu một mô hình để thống nhất thiết kế, vật liệu, yêu cầu về cấu trúc và chế tạo thông qua các công cụ kỹ thuật số. Để giải quyết tình trạng thiếu hụt này, Metaplas là kết quả của quá trình tìm kiếm để đạt được một hệ thống kiến ​​trúc toàn diện thông qua số hóa. Ngoài ra, hệ thống có thể được sản xuất theo hướng thân thiện với môi trường và phù hợp chuẩn mực xã hội, đồng thời có thể mang lại lợi ích kinh tế. Ví dụ, trong trường hợp của Ga Euston, các cơ sở tái chế và in 3D nằm trong bán kính xác định từ địa điểm đã được lập bản đồ và xác định để thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế địa phương.

Từ nghiên cứu sâu rộng về vật liệu in 3D, sinh viên Trường Kiến trúc Bartlett đã xác định hai loại thermoplastic tái chế tiềm năng là PLA cứng (axit polylactic) và TPU (polyurethane nhiệt dẻo) - tối ưu cho việc tạo ra một tấm gấp đa vật liệu. Panel được in 3D phẳng và chuyển thành vật thể ba chiều thông qua một hệ thống mẫu tích hợp. Các phần gấp của panel, tạo thành cấu trúc, được cố định bằng một hệ thống cáp và cơ chế khóa kẹp, giúp dễ dàng lắp ráp, tháo rời và bảo trì. Theo nhóm, "việc uốn được nâng cao như một công cụ hình học thông qua một quy trình tùy chỉnh, bao gồm phân tích cấu trúc trước khi uốn. Các khu vực cần nhiều cấu trúc hơn là nơi có nhiều điểm uốn nhất, trong khi các khu vực vốn có cấu trúc thì ít hơn."

Tương tự, việc tích hợp nhựa thermochromic được đề xuất thông qua một vi mẫu được nhúng trong mỗi panel. Loại nhựa này nổi bật với độ nhuộm màu, cho phép vật liệu thay đổi màu sắc khi nhiệt độ thay đổi. Ứng dụng của nó đạt được khả năng kiểm soát thụ động đối với ánh sáng của các không gian nội thất, cải thiện sự thoải mái về môi trường và cũng tạo ra cảm giác định hướng trong không gian.

Ngoài nhiều lợi ích về môi trường, công nghệ và kinh tế, hệ thống Metaplas được trình bày như một tham khảo thú vị cho cách mà một hệ thống cấu trúc có thể hoạt động hiệu quả từ quy mô vi mô đến vĩ mô, chứng minh rằng sức mạnh và độ linh hoạt của cấu trúc không phụ thuộc vào kích thước.