“Kể từ năm 2008, mỗi năm có khoảng 23 triệu người đã phải rời bỏ nhà cửa của mình mà con số này được dự đoán sẽ còn lớn hơn nữa trong tương lai, với nguyên do là sự gia tăng của thiên tai thời tiết lên mật độ dân số của trái đất” - Subramanya và Kermanshachi bày tỏ quan điểm của mình trong một bài viết nghiên cứu việc sử dụng nhà in từ công nghệ 3D làm nơi trú ẩn tạm thời cho cư dân tại các khu vực bị ảnh hưởng bởi thiên tai.
Cháy rừng ở Bắc Mỹ; lũ lụt ở Pakistan; bão, lốc xoáy, bão và tuyết; chiến tranh Ukraine và Nga; động đất ở Indonesia hay Thổ Nhĩ Kỳ - cơn động đất lịch sử khiến hơn 43.000 người thiệt mạng và hơn 80.000 tòa nhà bị phá hủy - chỉ là một trong số những thảm họa bi kịch trên toàn cầu trong thời gian gần đây. Dù là thảm họa do con người gây ra hay thảm họa tự nhiên, song hậu quả vẫn là sự tàn phá các thành phố và làng mạc, khiến đường sá ách tắc và chính quyền địa phương phải kêu gọi viện trợ nhân đạo. Những người may mắn sống sót thường phải chịu cảnh nhà cửa bị phá hủy và không thể sinh hoạt nữa, điều này khiến các kiến trúc sư và kỹ sư phải tìm kiếm các giải pháp nhà ở tạm thời.
Trong lịch sử ngành kiến trúc, các giải pháp nhà ở tạm thời thường được triển khai theo nhiều phương thức. Thời Hậu chiến ở Đức, kiến trúc sư Otto Bartning đã đựng nên các nhà thờ khẩn cấp (Norkirchen) làm từ gạch của những nhà thờ và ngôi nhà bị hủy trước đó, Bartning cũng phát triển thiết kế và cấu trúc của riêng ông để có thể xây dựng chúng nhanh chóng. Bên cạnh đó, người ta cũng nghĩ đến các bệnh viện dã chiến (Fangcang) do Trung Quốc triển khai trong đại dịch Covid-19 cũng như các trận động đất trước đó tại Tứ Xuyên và Ngọc Thụ, các bệnh viện này đều có thể được xây dựng và lắp ráp cực kỳ nhanh chóng.
Nhà trú ẩn tạm thời, theo nghiên cứu của Subramanya và Kermanshachi, có thể được phân thành bốn loại gồm: Nơi trú ẩn khẩn cấp, dùng cấp cứu lập tức; Nơi trú ẩn tạm thời như lều cá nhân hoặc lều tập thể; Nhà ở tạm thời, cứng cáp và nhiều trang thiết bị hơn và Nhà ở lâu dài, có thể xây dựng nhanh và tiết kiệm chi phí hơn trong các trường hợp khẩn cấp. Trong khi các thảm họa hoàn toàn có thể xảy ra tiếp theo và các nguồn vật chất, tài chính cũng cần phải chú trọng, nhà trú ẩn khẩn cấp trở thành giải pháp tương đối ổn cho người dân khi các khoản đầu tư vào cơ sở hạ tầng cho các khu định cư là không đủ. Chẳng hạn, theo báo cáo của Ủy ban Cứu hộ Quốc tế (IRC), một phòng tắm ở khu tị nạn trên đảo Lesbos của Hy Lạp có thể dùng để chứa 80 người tị nạn, với phòng vệ sinh là 70 người với tình trạng nước thải lênh láng cạnh đệm ngủ của người dân.
Ngoài ra, những biến cố về sức khỏe tâm thần kèm theo cũng khiến tỷ lệ tự tử tăng vọt và một số người tị nạn cuối cùng phải đốt bỏ nơi sống của chính họ. Những chiếc lều mới hơn do Cao ủy Liên Hợp Quốc về người tị nạn cung cấp cho họ vốn là tạm bợ nhưng sau cùng lại được sử dụng lâu dài. Điều này có thể không giúp ích gì về mặt chính sách nhưng các kiến trúc sư và kỹ sư đã có thể giảm thiểu những thách thức trong việc nghiên cứu bằng cách tìm ra giải pháp nhà ở hiệu quả
Nhà ở in bằng công nghệ 3D ngày càng được nhiều công ty nghiên cứu, khám phá về cách mặt hữu dụng của nó. 3dp-Magazine cho rằng:” Icon là nhà phát triển các công nghệ xây dựng tiên tiến có trụ sở tại Texas, bao gồm robot, phần mềm và vật liệu xây dựng. Apis Cor từ Florida đã tạo ra một thiết bị chuyên dụng có khả năng in toàn bộ kiến trúc của một tòa nhà (gồm tường và các kết cấu) tại chỗ. Sắp tới họ sẽ phát triển để thiết bị hoàn toàn tự động và in được mọi tòa nhà trên trái đất.
Dự án Tiết kiệm tiến bộ Thế giới (WASP) thực hiện sản xuất máy in 3D xây dựng trên quy mô lớn và hợp tác với các doanh nghiệp quan tâm đến môi trường và nhà in 3D bằng vật liệu thân thiện với hệ sinh thái địa phương. Winsun là một công ty tiên phong trong lĩnh vực in 3D, khởi đầu là một nhà cung cấp vật liệu và gây tiếng vang vào năm 2014 khi họ thực hiện in 3D được 10 ngôi nhà trong một ngày. Nhiều doanh nghiệp khác, một số tập trung vào khía cạnh bền vững, một số tập trung vào các phần mềm, máy móc và nhiều doanh nghiệp tập trung vào thiết kế. “Nhưng dù thế nào, thị trường xây dựng toàn vẫn được dự đoán sẽ ứng dụng phương pháp in 3D và đạt doanh số dự kiến 114,4 triệu USD vào năm 2023” - Amelia H dự đoán trong bài viết “Vai trò của in 3D xây dựng trong viện trợ nhân đạo”. Điều đó có nghĩa là, công nghệ in 3D trong xây dựng sẽ tạo ra những việc làm mới và yêu cầu nhân công có khả năng tiếp thu các kỹ năng nghề nghiệp mới với công việc này.
Nhìn chung, so với 20 năm trước khi máy in 3D bắt đầu phổ biến thì công nghệ hiện tại đã phát triển vượt bậc. Máy in 3D ngày nay có thể tạo ra nhà ở, các lớp cấu trúc, các loại vật liệu, tùy thuộc vào khí hậu và yêu cầu của môi trường và các nguyên liệu như cát và xi măng, bê tông hỗn hợp, đất sét, bùn, rơm rạ, sợi thực vật, chất thải tự nhiên (bao gồm vật liệu phân hủy sinh học từ động vật và thực vật). Bằng cách này, các tòa nhà được in 3D có thể đáp ứng các đặc tính khí hậu, thích ứng kể cả vào mùa hè nóng nực hay đông lạnh giá.
Như Subramanya và Kermanshachi đã đề cập, ưu điểm chính của công nghệ này là nhanh và rẻ. Ví dụ, công ty Icon có trụ sở tại San Francisco cho biết có thể xây dựng một ngôi nhà rộng từ 55-75m2 chỉ trong 24 giờ với giá 4.000 USD hoặc ít hơn, trong khi chi phí trung bình cho một ngôi nhà cùng kích thước với vật liệu thông thường là gấp 40 lần. Bên cạnh đó, nhà in 3D được xem là một thị trường mới và người tiêu dùng cũng có thể tìm thấy những mẫu mã sang trọng, thích hợp hơn.
Về quy trình hoạt động, kênh TikTok thelayerlord đã giải thích rất rõ ràng: các công cụ mà doanh nghiệp cần bao gồm máy in 3D, bảng điều khiển, màn hình, silo chứa vật liệu khô, máy trộn và hệ thống bơm. Vật liệu khô liên quan đến nước cung cấp cho máy in 3D, sau đó sẽ di chuyển và in dọc theo tường của tòa nhà qua từng lớp và theo chiều dọc, dựa trên tệp CAD được thiết kế sẵn. Thỉnh thoảng, hai bức tường bên ngoài sẽ có một khoảng trống giữa vào máy in sẽ in hệ thống ống nước, dây điện cũng như vật liệu cách nhiệt trong đây. Cửa ra vào và cửa sổ được để như khoảng trống, khi các bức tường cạnh cửa đủ cao, phần gia cố sẽ được thêm vào phía trên (chẳng hạn như tấm lót thép), nơi máy in có thể “xây” nhiều lớp bê tông hơn. Mỗi ngôi nhà sẽ bao gồm hàng trăm lớp như thế vào được in trong vài phút, tùy vào đầu phun của máy in thì các lớp sẽ có thể cong hoặc phẳng hơn theo bề mặt ngoài.
Để in một ngôi nhà, người ta áp dụng nhiều kỹ thuật in khác nhau. Các bộ phận như tường có thể được đúc sẵn trước khi thảm họa xảy ra và dùng lắp ráp nhanh nếu cần. Ngược lại, máy móc có thể in nhà 3D tại chỗ, nhờ đó, máy bay không người lái có thể hỗ trợ quét địa hình khu vực và lập mô hình cảnh quan bằng hệ thống quản lý thông tin tòa nhà (BIM). Người ta cũng có thể thiết kế một số máy bay không người lái có thể hỗ trợ sửa chữa đường ống trong quá trình xây dựng nhằm tiết kiệm lực lượng lao động con người khi thiết lập các nhà trú ẩn tạm thời.
Bài viết “Vai trò của in 3D xây dựng trong viện trợ nhân đạo” cũng nói thêm rằng: “Mặc dù nhà in 3D là một phương pháp sáng tạo và hiệu quả để giải quyết các vấn đề liên quan đến cơ sở hạ tầng xã hội, đặc biệt là khủng hoảng nhà ở, nhưng công nghệ này chắc chắn rất cần kinh phí và các yêu cầu kèm theo. Điều này đặc biệt đúng khi các phương pháp sản xuất phụ gia xây dựng hiện nay vẫn chưa hoàn thiện, một số bộ phận của tường vẫn chưa thể in được bằng 3D. Những bộ phận này thường là mái nhà, cửa ra vào và cửa sổ”. Do đó, những hạn chế nhất định với công nghệ vẫn tồn tại, đặc biệt là khi số lượng công ty cung cấp công nghệ này còn ít nhưng nhu cầu về nhân công và vật lực đã tăng cao. Ngoài ra, những khu vực cần đến những ngôi nhà này là những khu vực chịu đựng thảm họa khí hậu nặng nề, và cũng thường là những khu vực mà công nghệ không được chú trọng phát triển.
Tuy vậy, khi công nghệ được cải thiện về khả năng thiết kế và ứng dụng, thì nhà in 3D cũng như các loại nhà đúc sẵn và lắp ráp dễ dàng khác - như những ngôi nhà có thể gập sẵn của Boxable - sẽ càng trở nên quan trọng trong tương lai, khi các thảm họa thiên nhiên xảy ra nhiều hơn. Điều ta cần quan tâm là tính bền vững của những thiết kế từ công nghệ này: một mặt, để mọi ngôi nhà trên thế giới đều có sự đặc trưng, không rập khuôn và mặt khác, bảo tồn được đặc trưng của các khu vực thông qua vật liệu xây dựng đậm tính địa phương. Những ngôi nhà như thế sẽ là sự hòa quyện giữa tự nhiên và công nghệ, giảm chi phí vận chuyển máy móc, đáp ứng mọi nhu cầu và gìn giữ được bản sắc.