پرینت سه‌بعدی بتن یک فناوری ساخت افزودنی (Additive Manufacturing) است که با استفاده از رباتیک، امکان ساخت سریع و بدون قالب‌بندی سازه‌های بتنی با اشکال هندسی فوق‌العاده پیچیده را فراهم می‌کند. این فناوری در حال تغییر پارادایم ساخت‌وساز از روش‌های سنتی کاهشی به روش‌های افزودنی است.

اصول کارکرد و فناوری‌های هسته‌ای

 در اکثر کاربردهای ساختمانی از روش اکستروژن رباتیک (Extrusion-Based) استفاده می‌کند. یک ربات (Gantry یا بازوی مفصلی) مجهز به یک سیستم پمپاژ، ملات سیمانی مخصوص را از طریق نازل (Nozzle) بر روی یک پلتفرم یا لایه‌های قبلی اعمال می‌کند.

• ملات : این ملات باید دارای ویژگی‌های متناقضی باشد: قابلیت پمپاژ (Pumpability) بالا (باید روان باشد تا در لوله‌ها حرکت کند) و قابلیت ساخت (Buildability) بالا (باید به اندازه کافی سفت باشد تا بلافاصله پس از خروج، وزن لایه‌های بالایی را تحمل کند). این ویژگی‌ها با استفاده از افزودنی‌های خاص مانند الیاف ریز، فوق روان‌کننده‌ها و شتاب‌دهنده‌های گیرش لحظه‌ای تنظیم می‌شوند.
• انواع رباتیک:

• سیستم گانتری (Gantry System): یک قاب بزرگ و ثابت که نازل پرینتر در محورهای  در داخل آن حرکت می‌کند. مناسب برای پرینت کل یک ساختمان کوچک در محل.
• بازوی رباتیک (Articulated Arm): انعطاف‌پذیرتر، برای پرینت المان‌های بزرگتر یا پیچیده‌تر در یک کارخانه پیش‌ساخته.

مزایای کلیدی در تولید اشکال پیچیده و عملکرد سازه

1. آزادی هندسی کامل:  نیاز به قالب‌های گران‌قیمت و زمان‌بر را از بین می‌برد. این امر اجازه می‌دهد تا دیوارهای دو لایه منحنی، ساختارهای مشبک، یا فضاهای داخلی توخالی برای بهینه‌سازی سازه یا تأسیسات به راحتی پرینت شوند.
2. بهینه‌سازی توپولوژی (Topology Optimization): با استفاده از طراحی پارامتری، بتن تنها در جایی که نیاز باربری وجود دارد پرینت می‌شود. این امر منجر به کاهش قابل توجه مصرف مواد (تا ۳۰ درصد) و وزن سازه می‌شود.
3. بهبود عملکرد حرارتی: امکان پرینت دیوارهای چندلایه با حفره‌های هوا یا مواد عایق فوم درونی، که به طور چشمگیری عملکرد حرارتی ساختمان را بدون نیاز به لایه‌های عایق‌بندی خارجی سنتی بهبود می‌بخشد.
4. کاهش زمان و نیروی کار: فرآیند ساخت را از چند هفته به چند روز کاهش می‌دهد و نیروی کار مورد نیاز برای قالب‌بندی و بتن‌ریزی سنتی را تقریباً حذف می‌کند.

چالش‌ها و آینده 

بزرگترین چالش، آرماتوربندی (Reinforcement) است. بتن به تنهایی مقاومت کششی پایینی دارد. راه‌حل‌های فعلی شامل استفاده از الیاف فولادی یا پلیمری در ملات، یا استفاده از ربات‌های ترکیبی برای قرار دادن میلگردهای کوچک یا کابل‌های پیش‌تنیده در حین پرینت است. استانداردسازی کدهای ساختمانی برای این روش‌های نوین نیز همچنان در مراحل توسعه قرار دارد.