Demonstrasi 3D Printing Winsun Di Skala Konstruksi

Konstruksi secara fundamental tidak banyak berubah sepanjang sejarah. Proyek vertikal masih membutuhkan pekerja untuk menumpuk bahan bangunan, baik kayu, batu bata, atau beton, satu per satu. Pendekatan ini tidak cocok dengan zaman modern dalam tiga hal.

Pertama, produktivitas tetap rendah. Tepat ketika peningkatan produktivitas sangat dibutuhkan: era yang urbanisasi yang cepat menuntut perumahan dan infrastruktur dengan kualitas tinggi dan terjangkau. Lebih dari 50 tahun terakhir, produktivitas konstruksi hampir tidak meningkat, sementara sebagian besar industri lain telah melihat keuntungan luar biasa.

Kedua, konstruksi hari ini sangat bergantung pada keterampilan individu. Di negara-negara maju, keterampilan ini kurang bergengsi dan perubahan demografis mengurangi jumlah tenaga kerja. Dengan demikian, biaya tenaga kerja menjadi tinggi dan permintaan akan konstruksi baru tidak mudah dipenuhi.

Di negara-negara berkembang, proyek konstruksi sering mempekerjakan tenaga kerja dengan keterampilan rendah dan sebagai hasilnya kualitas serta manfaat bangunan sering dikompromikan.  Ketiga, metode konstruksi tradisional menghasilkan limbah, kebisingan dan debu dalam jumlah besar, menyimpang dari standar lingkungan modern.

Ide 3D Printing WINSUN

Proses Konstruksi 3D Printing WINSUN | Sumber: bit.ly/3D-process

Yingchuang Building Technique (Shanghai) Co. Ltd, atau Winsun, mulai sebagai pemasok material bangunan terdepan. Perusahaan ini berspesialisasi dalam dekorasi interior kompleks (untuk rumah opera, misalnya) dan struktur eksterior yang tidak terstandar.

WINSUN memiliki lebih dari 150 paten nasional dan internasional di berbagai produknya. WINSUN berfokus untuk terus meningkatkan material dan teknologi cetak. Ketika mencapai batas dari apa yang mungkin dilakukan dengan material dan teknologi tradisional, WINSUN mengeksplorasi 3D printing dalam skala besar, suatu langkah yang bertujuan untuk meningkatkan proses produksi, meningkatkan pilihan desain dan mengurangi limbah.

WINSUN masuk ke dunia 3D printing sejak tahun 2005 dengan penemuan spray nozzle, salah satu komponen utama dari 3D printer pertama yang masih banyak digunakan saat ini. Spray nozzle digunakan untuk bereksperimen dengan semen dan material terdepan lainnya. Didorong oleh Chairman dan Founder Ma Yihe, seorang insinyur material, WINSUN terus menyempurnakan teknologi dan komposisi material untuk meningkatkan hasil, memungkinkan pengumpulan material dan kontrol output.

Selain itu, pada 2008, WINSUN mengembangkan 3D printer kontinu pertama dengan koleksi terintegrasi, analisis data material, dan sistem kontrol printing-output. Prestasi besar ketiga WINSUN adalah memasang printer konstruksi 3D terbesar di dunia, dengan lebar 10 meter, tinggi 6.6 meter, dan panjang 150 meter.

Di tahun 2013, berkat keahlian dan pengalamannya dalam hal material, WINSUN berhasil mencetak rumah tinggal 3D untuk pertama kalinya, 10 rumah cetak 3D yang kemudian menjadi berita utama dunia. Teknik ini menggunakan tinta khusus yang terbuat dari semen, pasir, dan serat, bersama dengan aditif eksklusif. Dengan pendekatan prefabrikasi, WINSUN mencetak dinding di pabrik dan merakit bangunan di lokasi.

10 Rumah Cetak 3D Pertama WINSUN | Sumber: bit.ly/3D-projects

Proses dasar dimulai dengan desain klien (dalam bentuk model 3D CAD). Spray nozzle menambahkan material lapis demi lapis, setiap lapisan memiliki ketebalan antara 0.6 dan 3 cm, sampai dinding dengan bentuk dan ukuran yang diinginkan selesai.

Teknologi ini mampu menghasilkan struktur berongga, mengakomodasi perpipaan, perkabelan dan isolasi seperti yang dispesifikasikan. Bagian dinding yang selesai diangkut ke lokasi konstruksi, dipasang di atas fondasi tradisional dan diperkuat dengan struktur baja tradisional atau semen sesuai dengan peraturan bangunan di setiap daerah. Dinding yang tidak dipoles kemudian dapat dilengkapi dengan berbagai perlengkapan atau pelapis sesuai dengan preferensi pelanggan.

Detail Komponen Cetak 3D WINSUN | Sumber: bit.ly/3D-green 

Pada prinsipnya, penerapan teknologi ini tampaknya tidak terbatas. WINSUN sudah mengembangkan prototipe untuk digunakan dalam aset infrastruktur, seperti kolom untuk jembatan atau pipa untuk sistem perairan.

Tidak perlu lagi mendirikan bekisting sementara di lokasi konstruksi. Sebagai gantinya, cetakan cetakan 3D dipasang dan diisi dengan beton bertulang. WINSUN juga berencana untuk menerapkan teknologinya pada pembangunan gedung tinggi (bangunan 100 meter atau lebih), dengan menggunakan printer mobil yang dapat mencetak langsung di lokasi konstruksi.

Villa 1100 m2 Cetak 3D WINSUN | Sumber: bit.ly/3D-green 

Dampak 3D Printing WINSUN 

Dengan menggunakan teknologi 3D printing, WINSUN berhasil meningkatkan produktivitas dan memungkinkan penghematan biaya yang signifikan. Rumah standar sekarang dapat dibangun dengan harga sekitar $30.000.

Secara khusus, dengan mencetak dinding di pabrik sebelum merakit bangunan di lokasi, WINSUN dapat sangat meningkatkan kecepatan konstruksi. Bangunan baru sekarang dapat berdiri satu lantai per hari, jauh lebih cepat daripada proses konstruksi standar. Sebagai contoh, pembangunan sebuah rumah dua lantai seluas 1.100 meter persegi membutuhkan waktu satu hari pencetakan, dua hari perakitan, dengan struktur penulangan internal didirikan di awal, hanya membutuhkan tiga pekerja.

Teknologi WINSUN juga jauh lebih ramah lingkungan daripada beton bertulang konvensional. Sesuai dengan konsep ekonomi sirkular atau close-loop, WINSUN dapat mengambil 50% material tinta dari limbah konstruksi atau tambang. Terlebih lagi, proses pencetakan meminimalkan limbah dalam proses konstruksi dan metode konstruksi kering modular WINSUN juga bebas dari debu. Secara keseluruhan, pendekatan WINSUN menghemat 30-60% material relatif terhadap konstruksi tradisional. Jadi, teknologi ini memiliki daya tarik khusus untuk ekonomi, di mana biaya tenaga kerja dan standar lingkungan tinggi.

Bagi negara berkembang, teknologi ini menawarkan keuntungan lebih besar. Ini dapat mengurangi masalah kekurangan pekerja konstruksi yang terampil dan meningkatkan kualitas dan akurasi produk akhir.  Manfaat terakhir adalah teknologi WINSUN memungkinkan kebebasan desain yang lebih besar. Klien sekarang memiliki pilihan desain yang lebih luas. Bangunan sekarang dapat disesuaikan dengan kebutuhan pelanggan secara individu dan aplikasi khusus, yang sampai saat ini hanya mungkin dengan bekisting yang mahal dan intensif.

Sejak 2014, ketika mencetak sepuluh rumah pertamanya, Winsun telah mengembangkan sejumlah prototipe untuk memperlihatkan teknologinya, termasuk rumah seluas 1.100 meter persegi, apartemen 6 lantai, rumah tradisional Cina bergaya kuno, rumah berombak dan bangunan-bangunan kecil yang dapat dipindahkan. Sampai akhir 2018 WINSUN telah menjual lebih dari 100 rumah dengan berbagai tipe.

Apartemen 5 Lantai Cetak 3D WINSUN | Sumber: bit.ly/3D-green

Mungkin proyek showcase yang paling penting adalah kantor cetak 3D pertama WINSUN. Baru-baru ini dibuka di Dubai, Dubai Future Foundation, bangunanbangunan ini dicetak di Suzhou, dipotong-potong untuk pengiriman dan diangkut ke Dubai, dimana bangunan ini dirakit dan diselesaikan hanya dalam beberapa minggu.

Dibandingkan dengan konstruksi tradisional di lokasi, proses WINSUN menghemat sekitar 80% pada biaya konstruksi, 60% pada biaya tenaga kerja dan 60% pada limbah. WINSUN bekerjasama dengan perusahaan desain dan teknik internasional Gensler pada proyek teknik struktural.

Menariknya, WINSUN juga merupakan pemasok "Smart Palms" Dubai yang dicetak 3D, yang tidak hanya memberikan keteduhan, tetapi juga desentralisasi WiFi dan stasiun pengisian daya. Baru-baru ini Pemerintah Dubai juga sudah mengkontrak WINSUN untuk membangun 17 bangunan kantor menggunakan 3D printing.

Namun kini kemajuan WINSUN telah melampaui pengujian dan pembuatan prototipe. WINSUN sudah meningkatkan kemampuan teknologinya. Hingga saat ini, WINSUN telah menjual lebih dari 100 rumah dari berbagai jenis, banyak di antaranya di Dubai, yang terbesar dengan ruang lantai lebih dari 5.000 meter persegi.

Perusahaan ini juga bernegosiasi dengan pemerintah Mesir dan Arab Saudi mengenai pembangunan ribuan rumah terjangkau dan sau unit pabrik lokal Saudi. Prototipe untuk rumah sederhana yang terjangkau dikembangkan bersama dengan spesialis desain dan teknik Gensler, telah dipasarkan di Afrika.

Model pengiriman yang ideal untuk WINSUN didasarkan pada kontrak turnkey, di mana perusahaan memanfaatkan teknologi pencetakan 3D-nya secara maksimal, untuk eksterior, komponen struktural dan untuk interior, termasuk dekorasi dan bahkan furnitur.

Hambatan dan Solusi Inovasi 3D Printing WINSUN

Hambatan utama yang dihadapi teknologi transformatif ini adalah skeptisisme para desainer, developer, pemerintah, dan pengguna akhir bangunan. Bagi mereka yang memiliki pola pikir konservatif, tampaknya tidak mungkin bangunan berkualitas tinggi dapat
dibangun dengan pencetakan 3D.

Menanggapi hal ini, WINSUN telah banyak berinvestasi dalam memproduksi prototipe untuk berbagai aplikasi untuk memamerkan teknologi baru dan menunjukkan kelayakan teknisnya. WINSUN menyadari dari sangat awal bahwa mereka dapat memenangkan klien dengan mengundang mereka untuk mengunjungi pabrik sehingga mereka bisa melihat prototipe secara langsung. Untuk menunjukkan kelayakan 3D printing untuk konstruksi tingkat tinggi, perusahaan ini akan mendirikan gedung demonstrasi setinggi lebih dari 100 meter dan dengan luas lantai 200.000 meter persegi di Shanghai.

Desainer saat ini masih tidak mau atau tidak dapat mengenali potensi pencetakan 3D. Untuk mengatasi perlawanan ini, WINSUN berkolaborasi dengan arsitek dari Cornell Design Institute, Tongji Design Institute atau Jiaotong University dan mengedukasi mereka untuk mengingkorporasikan desain cetak 3D ke dalam pekerjaan mereka.

Kedepannya, WINSUN juga berencana untuk membuat platform berbasis cloud untuk menghubungkan perusahaan dan kliennya dengan desainer. Desain akan diunggah ke platform agar klien dapat meninjau, membuat pilihan awal dan meminta model virtual atau prototipe cetak untuk dilihat di exhibition centre. Setelah disetujui, desain akhir dikirim ke pabrik percetakan 3D. WINSUN juga meningkatkan kesadaran dan menciptakan antusiasme dengan melatih arsitek dengan buku teksnya tentang pencetakan 3D dalam arsitektur.

Hambatan utama lainnya untuk meningkatkan teknologi WINSUN adalah kurangnya regulasi eksplisit untuk pencetakan 3D. Sebagian besar kode bangunan dan standar pengadaan tidak menyebutkan teknologi cetak 3D dan sebagai tanggapannya, WINSUN mengejar pendekatan dua cabang.

Pertama, ia menciptakan "produk minimum yang layak", menggabungkan komponen bangunan cetak 3D dengan balok dan kolom tradisional, insulasi dan tambalan struktural untuk mematuhi aturan bangunan yang ada di Cina atau di tempat lain. (Kode umumnya menetapkan standar untuk pasangan bata bertulang hingga ketinggian 66 meter dan untuk beton di atas 66 meter)

Kedua, WINSUN secara aktif menetapkan standar dan membentuk lingkungan peraturan untuk 3D printing, bekerja sama dengan departemen konstruksi nasional China untuk mengubah kode bangunan yang ada yang masih fokus pada batu bata dan mortar. Berkat kolaborasi ini, standar konstruksi dan kode bangunan untuk konstruksi pencetakan 3D mengalami perkembangan.

Mengingat skeptisisme industri dan batasan lingkungan, WINSUN perlu memilih pasarnya dengan bijak. Jerman adalah target utama dan landasan peluncuran yang menjanjikan untuk ekspansi global WINSUN, mengingat standar lingkungannya yang tinggi, daur ulang limbah konstruksi yang melimpah dan pengalaman yang luas di bidang manufaktur. Pasar menjanjikan lainnya adalah Australia dan Timur Tengah. Arab Saudi dan Dubai, pusat pencetakan 3D, akan menjadi mitra strategis. Dubai bertujuan untuk mendapatkan 25% share dari 3D printing dalam konstruksi pada tahun 2030.

Untuk memanfaatkan teknologi ini sepenuhnya dan mendapatkan manfaat maksimal dari ekspansi perushaan, WINSUN perlu menghasilkan dalam volume besar. Oleh karena itu, perusahaan ini telah mengembangkan rencana ambisius untuk memperluas teknologi pencetakan 3D secara nasional dan global melalui dream-factories.

Bangunan Gelombang Cetak 3D WINSUN | Sumber: bit.ly/3D-green

Terdapat sekitar 100 pabrik franchise (dimiliki dan dioperasikan oleh mitra), yang berlokasi di seluruh China, mendaur ulang material secara lokal dari limbah perkotaan dan memproduksi komponen cetakan 3D untuk 5.000.000 meter persegi konstruksi per tahun.

Dream-factories ini juga akan memasok tinta ke sejumlah kapasitas produksi yang lebih kecil "Ant Factories" yang akan mencetak prototipe untuk klien dan berfungsi sebagai ruang pameran lokal untuk desain pre-order. Dream Factory pertama di Shanghai sekarang dalam tahap perencanaan sama halnya taman kreatif pencetakan 3D (ruang pameran) di Baotou. Winsun akan melanjutkan upaya R&D untuk meningkatkan produksi dengan cepat, sementara juga menjalin hubungan dekat dengan mitra lokal.

Strategi WINSUN lainnya untuk ekspansi adalah melalui kemitraan. Presiden perusahaan ini, Ma Yihe, menargetkan untuk membentuk aliansi industri 3D dengan perusahaan real estat dan konstruksi Cina dan internasional, sehingga mendapatkan modal tambahan (investasi ekuitas) untuk program ekspansi global perusahaan. Winsun juga akan membentuk kemitraan dengan perusahaan pertambangan untuk mengakses residu tambang mereka.

Kantor Dubai Cetak 3D WINSUN | Sumber: bit.ly/3D-green

Beberapa hambatan pra-fabrikasi tidak dapat diatasi dengan mudah dan akan membutuhkan soluisi lebih lanjut. Di daerah-daerah terpencil dengan infrastruktur jalan yang buruk, lokasi bangunan mungkin tidak dapat diakses untuk komponen pra-fabrikasi besar yang diangkut dari pabrik yang jauh. Jadi, WINSUN sedang mempelajari potensi penggunaan printer mobil yang lebih kecil untuk dioperasikan langsung di lokasi.
Penulis: Raudhah, ST
Daftar Pustaka :
_. 2015. World’s First 3D-printed Apartment Building Constructed in China bit.ly/1st-3D-apt [25 Juli 2019] 
_. 2016. Winsun  bit.ly/winsun-foc [25 Juli 2019]
_. 2018. Winsun – Revolutionizing the Construction Industry with 3D Printing  bit.ly/3D-revolution [25 Juli 2019]
_. 2019. How Much Does a 3D-Printed House Cost in 2019 bit.ly/3D-projects [25 Juli 2019]
_. 2019. Winsun 3D Printing – New Era of Green Building bit.ly/3D-green [25 Juli 2019]