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2018国际3D打印嘉年华!3D打印颠覆认知,改变建筑
作者:杭州美琪装饰  来自:本站 时间: 2018-8-9 

5月31日,2018国际3D打印嘉年华将在上海宝山区智慧湾科创园举行。
为期3天的活动中,将先后举办与3D打印相关的展览、峰会论坛、音乐会、互动工坊、创意市集等活动,同时,来自全球各地的先进制造业专家、学者们将聚集在此,与业内外人士共同探讨运用3D打印促进区域智能制造的新模式与新路径。
3D打印技术,是一种新型的制造技术,发展30多年来已日益普及和成熟,目前已被广泛应用于汽车、航天、医疗等领域。其中,中国3D打印文化博物馆和“3D打印创客空间”,正在形成3D打印生态圈,注重科技创新产业功能建设,打造3D打印创新共享应用平台,全面支撑成果转化体系。
1984年8月,美国3D Systems公司创始人查克·胡尔(Chuck Hull)发明了全球第一台SLA固化3D打印机。作为首批商业化的SLA设备,曾经轰动全球、改变了整个人类制造业的智慧结晶,在嘉年华开幕式上将捐赠给中国3D打印文化博物馆,作为永久收藏和展示。
2018国际3D打印嘉年华!3D打印颠覆认知,改变建筑
全球最长3D打印混凝土桥,将模仿赵州桥的样式,由清华大学的建筑研究机构,不断挑战极限,在智慧湾观景鱼池上方,3D打印一座14.1米混凝土人行桥,大约3个月后惊艳亮相。
全球首款量产3D打印新能源电动车XEV,则将亮相智慧湾的“3D打印与新能源电动汽车展”。它的全部饰件为3D打印的非结构件,制造材料使用从玉米种提炼出的环保材料。届时,还有众多国际知名品牌新能源电动汽车,让你了解3D打印对汽车制造的影响,以及新能源汽车的未来趋势。
一文看懂:3D打印才是未来建筑工程技术的颠覆者
    2013年4月的汉诺威工业博览会上,德国政府正式推出“工业4.0”战略,“工业4.0”概念即是以“智能生产制造”为主导的第四次工业革命。而以具有数字化、网络化、个性化、定制化特点的3D打印技术为代表的新技术就成为“智能生产制造”中推动第四次工业革命的巨大源动力。    
    3D打印技术在高端制造、教育、建筑设计、医疗、航空航天、文化创意、食品等领域都得到了实践应用,显示出巨大潜力的发展前景。本文对3D打印的概念、技术类型及特点,在建筑领域的应用以及所面临的问题等方面进行介绍,并分享笔者对其在未来建筑领域应用前景的一些粗浅的看法。
       3D打印,即快速成型技术的一种,运用该技术进行生产的特征是:应用计算机软件(比如CAD设计软件或者三维空间扫描立体成型软件等),设计出立体的数据模型,然后通过特定的成型设备(3D打印机),用液化、粉末化、丝化等可粘合材料逐层“打印”的方式来构造的物体。3D打印,顾名思义,更通俗的理解就是一种可用于打印三维空间实物的技术,区别于二维平面打印(就是常规的只能在平面上打印内容的技术),其打印出的实际物体可以现场直接拿来使用。3D打印作为一种通俗化名称,从成型方法方面来说其实质是增材制造技术。
    3DP技术:采用3DP技术的3D打印机使用标准喷墨打印技术,通过将液态连结体铺放在粉末薄层上,以打印横截面数据的方式逐层创建各部件,创建三维实体模型。采用这种技术打印成型的样品模型与实际产品具有同样的色彩,还可以将彩色分析结果直接描绘在模型上。  
   3D打印的特点及优势
    从3D打印技术的概念最早出现在20世纪70~80年代一直到现在已经有近30年的发展,3D打印无论是在技术还是在材料上都日渐丰富和成熟,展现出产品制作上巨大的发展潜力,其显著的特点和优势如下:
    1、制作精度高,现在市面上成型的精度:家用机级别的精度可达到0.1mm。全球最高精度的工业级3D打印机Solidscape,最小层厚可以达到6.3μm,表面精度达到0.81μm,分辨率可达到5000*5000*8000dpi。
    2、制作周期短,现做现用。传统模型制作往往需要经过模具的设计、制作、模型制作、修整等工序,制作周期长,而3D打印则去除了模具的制作过程,使得模型的生产时间大大缩短,而且以打印出来实体就可马上使用。
    3、个性化制作。3D打印完全依赖于CAD技术,只要是图纸上能够设计出来的就能通过连续物理层的叠加打印出个性化产品,避开了传统制造工艺复杂的生产流程。
    4、无需模具,无需机械加工,可以打印出实体的任意形体、任意空间形态(例如中空形态或物中物形态)。
    5、产品制作材质的多样性。一个3D打印系统往往可以实现不同材料的打印或者多种材料的混合打印,使得产品性状不再单一,这种材料的多样性可以满足不同领域的需要。
    6、小批量构件制作成本相对低。目前3D打印已被许多大公司采用,用于取代一些传统的加工制作方法。据统计,通过降低海外供货商的运输、包装费用、劳动力成本,同时采用更便宜、可靠的新材料等,3D打印可节约高达70%的加工成本。
    7、更加环保和节约。制作过程中产生的垃圾更少。比如,很多钢材和塑料的制作就是一个产生大量工业废料和耗费过量材料的过程。以钢材生产为例,钢材的切割和焊接会造成大量浪费,而采用3D快速成型打印则可以省去这个过程。
    8、一体化3D打印解决方案更简洁、高效。即厂家不仅提供打印机还提供软件工具和打印材料,还提供技术人员帮助指导和培训,从方案制定的选型,定型,到成型实体,普通消费者可以无需任何专业背景即可容易操作上手。
    这些显著的优势使得3D打印技术实现了在多个领域的应用。
    3D打印颠覆认知,改变建筑
    JosephPegna是第一个尝试使用水泥基材料进行建筑构件3D打印的科学家,其方法类似于选择性沉积法:先在底层铺一层薄薄的砂子,然后在上面铺一层水泥,采用蒸汽养护使其快速固化成型。而当前应用于建筑领域的3D打印技术主要有三种:D型工艺(D-Shape)、轮廓工艺(ContourCrafting)和混凝土打印(ConcretePrinting)。
    1、D型工艺——由意大利发明家恩里克?迪尼发明,D型工艺打印机的底部有数百个喷嘴,可喷射出镁质黏合物,在黏合物上喷撒砂子可逐渐铸成石质固体,通过一层层黏合物和砂子的结合,最终形成石质建筑物。工作状态下,三维打印机沿着水平轴梁和4个垂直柱往返移动,打印机喷头每打印一层时仅形成5mm~10mm的厚度。打印机操作可由电脑CAD制图软件操控,建造完毕后建筑体的质地类似于大理石,比混凝土的强度更高,并且不需要内置铁管进行加固。事实上这种方法类似于选择性粉末沉积,打印所使用的材料为氯氧镁水泥。目前,这种打印机已成功地建造出内曲线、分割体、导管和中空柱等建筑结构。
    2013年1月份,一位荷兰建筑师与恩里克?迪尼合作,尝试运用D型工艺技术建造一栋建筑,命名为“LandscapeHouse”,预期在2014年完成。该工艺甚至可以用于建筑人类在月球上的居所。
    2、轮廓工艺——是由美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克?霍什内维斯提出的。与D型工艺不同是,轮廓工艺的材料都是从喷嘴中挤出的,喷嘴会根据设计图的指示,在指定地点喷出混凝土材料,就像在桌子上挤出一圈牙膏一样。然后,喷嘴两侧附带的刮铲会自动伸出,规整混凝土的形状。这样一层层的建筑材料砌上去就形成了外墙,再扣上屋顶,一座房子就建好了。轮廓工艺的特点在于它不需要使用模具,打印机打印出来的建筑物轮廓将成为建筑物的一部分,研发者认为这样将会大大提升建筑效率。目前,运用该技术已经可以打印墙体,而且该团队正在与美国宇航局合作,试图将轮廓技术运用到美国未来“火星之家”项目中,建造人类在火星上的居所。
    3、混凝土打印——由英国拉夫堡大学建筑工程学院提出,该技术与轮廓工艺相似,使用喷嘴挤压出混凝土通过层叠法建造构件。该团队研发出一种适合3D打印的聚丙烯纤维混凝土,并测试了这种混凝土的密度、抗压,抗折强度,层间的粘结强度等物理性质,证实该混凝土可以用于混凝土打印技术。目前该团队用混凝土打印技术制造出了混凝土构件。
    根据现有的资料分析,3D打印可以以如下方式建造建筑物:
3D打印在国内建筑工程领域的应用
    我国3D打印技术正处于从起步到快速发展的过渡阶段,许多3D打印的公司相继成立,其中一些依托高校成立的公司如北京殷华(依托于清华大学)、陕西恒通智能机器(依托西安交通大学)、湖北滨湖机电(依托华中科技大学),已拥有3D打印设备生产和材料加工的能力。其中,激光直接加工金属技术发展较快,已基本满足特种零部件的机械性能要求,有望率先应用于航天、航空装备制造;生物细胞3D打印技术取得显著进展,已可以制造立体的模拟生物组织,为我国生物、医学领域尖端科学研究提供关键的技术支撑。而在建筑工程领域,3D打印技术应用也同样取得可喜的成果。
    2014年8月,10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内正式交付使用,作为当地动迁工程的办公用房。这些“打印”出来的建筑墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”,按照电脑设计的图纸和方案,经一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成,10幢小屋的建筑过程仅花费24小时。据悉,此次所用3D打印机高6.6米、宽10米、长32米的打印机,底面占地面积足有一个篮球场那么大,高度足有三层楼高。且打印机长度还可以延伸,完全拉开足有150米长。
    2015年1月,数幢使用3D打印技术建造的建筑亮相苏州工业园区。这批建筑包括一栋面积1100平米的别墅和一栋5层居民楼。这些建筑的墙体由大型3D打印机层层叠加喷绘而成,而打印使用的“油墨”则由建筑垃圾制成。据了解,5层高楼房由地下一层和地面五层组成,每层的建筑面积为200平方米。建造一层这样的房子,打印材料要一天,5个工人只需要花三天的时间就可以建造好。
    2015年7月,一座由3D打印的模块新材料别墅现身西安,建造方在3个小时内完成了别墅的搭建。这个别墅由厨房、卧室、卫生间、客厅灯模块拼接而成,整个过程只需要一台起重机。据了解,它每平方米重100公斤,成本价格在每平方米2500元至3500元。虽是3D打印的别墅,不过倒是不必担心其质量问题,据说此栋别墅可以抗9级地震,房屋结构中还充分填充了保温材料,房屋的保温效果也非常不错。  
   新加坡建筑3D打印项目开始为印度3D打印厕所
    在苏州的一个公园内,已经建成了一个3D打印的厕所,还获奖30万的奖励,顶级配置市民围观称赞。  
    2018年7月9日,新加坡国立大学(NUS)的科学家们推出了一项新计划,即AM.NUS建筑3D打印计划,以加快在建筑行业推进使用3D打印技术。该计划由新加坡国立大学设计与环境学院牵头,并由国家增材制造创新集群(NAMIC)支持,将开发可持续材料和3D打印设计,以促进建筑结构的快速大规模生产。
       此外,新加坡国立大学还建立了一个建筑3D打印实验室,该实验室将容纳新加坡最大的龙门式混凝土3D打印机。该技术将用于测试新颖的建筑设计和材料,旨在开发3D打印以可持续方式大规模生产混凝土结构。
    AM.NUS建筑3D打印计划已经开始在该领域开展两个研究项目。
    3D打印厕所,以改善印度的卫生设施。
  3D打印厕所项目,专门从事3D打印施工,以加速印度厕所设备的生产并改善该国的卫生设施。  这种新颖的厕所设计,可在五小时内进行3D打印,目前需要一天时间手动构建。通过3D打印生产的新厕所也便宜25%。
建筑史在很大程度上是设计和建造技术史,技术手段往往决定了建筑的设计表达方式,也决定了建筑的空间形式,进而成为影响建筑观念和建筑美学的重要因素。理论上,3D打印技术可以解决一切建筑建造技术问题,但3D打印技术与建筑工程的融合不是一朝一夕就可解决,创新与传统如何互为补充、互相渗透、有机整合,是每一位热爱本行业的工程人员都需要深刻思考的事情。有一点可以肯定,3D打印技术势必在建筑领域会掀起一场划时代的革命。相信在3D打印的世界里,建筑师、工程师和建筑工人将借助科技之力,将建筑与3D打印结合,完成对自然的再造,建造更加美好的生活,有趣的未来。2018国际3D打印嘉年华!3D打印颠覆认知,改变建筑,这是一个创造奇迹的时代,“nothing is impossible”,不是吗!
 

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