ETHZ 苏黎世联邦理工研发新型3D砂型打印技术

发布时间:2018-08-09 08:03:27
来源:Dima Stouhi
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  通常来说,复杂的设计通常需要庞大的结构系统来支持富有想象力的设计形式。但3D 打印技术已经可以在不影响设计或耐久性的前提下发挥出无限的建筑设计潜力。苏黎世联邦理工学院 ETH Zurich 的研究人员在本杰明·迪伦伯格(Benjamin Dillenburger)的带领下,开发出了一种新型的3D砂型印刷技术,可以快速成型和材料再利用。


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  他们利用这种技术在 “DFAB House” 项目上建造了一个80平方米的轻质混凝土板,这是第一次用这种方式建造的最大部件。并且在这块智能板上搭建了一个两层的木结构单元,同时也让混凝土结构的强度与耐久性相结合的设计变得更加的轻松。


  工艺步骤

  设计团队并没有用3D打印来制作所有建筑部件,而是创建了一个可以保持其承载特性,并能够进行复杂设计的模板。这就是为什么这个团队选择使用一个大型的砂型3D打印机,这种打印可以精确到毫米。完成后的模具可拆卸,还可用于其他项目。


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  该项目的研发团队开发出了一款新的软件可以用来制造模具的元件。该软件能够定位并记录房间的所有参数,从而实现精确生产。作为混凝土天花板主要支柱的弧形墙体在制作时被精确到毫米。因此,每块构件都要适应它的几何形状和结构需要。


  在所有的分析完成后,只需按下一个按钮,就可以将数据发送给机器,并开始制作。在这一阶段,不同工业领域的团队通过贡献他们的专业知识来共同创建智能面板。第一组负责高分辨率砂型3D打印机。由于运输和印刷的原因,工程师们将模具分成托盘大小。第二组用计算机数控CNC激光切割机制作木制配件。智能板的上半部分采用了木作的形式,并为电缆留出了中空的空间,同时还减少了重量和材料。设计师们要确保最后的设计形式应有嵌入式的空间,用于照明装置和消防喷淋装置的安装。这两个小组的工作在接下来应与第三个小组相结合,该小组的职责是与纤维增强混凝土工作。第一步是用混凝土喷涂砂型,创造出一个有机的肋型面,然后他们会将剩下的混凝土浇铸到木结构上,形成最终的造型。


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  其中有11个部分需要两周时间的硬化过程,一旦都准备好了,它们就会被运送到指定的地点进行安装。通过预制生产可以提高整个项目的效率,现场安装时间也可以减少到最低。安装团队使用吊车和钢缆对预制件进行安装。


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  计师在3D打印模板的基础上,对预制混凝土构件进行了有机的、层次化的密肋结构优化。这种结构通过有效地将材料分布到最大负荷应力的位置来节省材料。因此,与后拉系统和超高性能纤维增强混凝土一起,天花板可以比传统的同类产品轻50%以上。


  一些建筑和工程公司已经开始在他们的项目中使用砂型3D打印技术。但这些项目的大部分都是中小型规模的(家具、产品和装置等)。Rael San Fratello 建筑事务所的新产品系列包括一系列砂型3D打印家具和一些小型装置,类似于 Studio RAP 事务所用于制作 Watertaxi Stop 的3D混凝土打印机器人。 Arup 公司开发出了适用于复杂钢结构元素的砂型3D打印机,这使得“大规模定制、减重、产品集成等方面拥有了无限可能性”。智能楼板作为一个高度优化的建筑部件为建筑设计的未来打开了一个有趣的世界,而它不会影响建筑的规模和设计的复杂性。


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  展望未来,我们可以想象建筑师和工程师们能够用这样一个自由的平台来完成各种项目。

  在该项目的研发过程中,苏黎世联邦理工学院感谢以下研究人员和公司的参与:

  苏黎世联邦理工学院 ETH Zurich 数字建筑技术负责人: Benjamin Dillenburger

  苏黎世联邦理工学院 ETH Zurich 建筑材料负责人: Robert Flatt

  苏黎世联邦理工学院 ETH Zurich 结构设计负责人: Joseph Schwartz

  行业合作伙伴: Bürgin Creations; Frutiger AG; voxeljet AG; Georg Ackermann GmbH; Stahlton AG; Christenguss AG; Fischer Rista AG; Rudolf Glauser AG; Gom International AG

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关键词
3D打印 建筑 结构

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