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天津市市政工程质量检测中心

天津市交通科学研究院——天津市市政工程质量检测中心

 
 
 

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天津市市政工程质量检测中心隶属于天津市交通科学研究院(原天津市市政工程研究院,2015年4月起更名),为独立事业法人单位,是从事市政、公路、桥梁、房建工程材料和实体的质量检测、鉴定验收、法律仲裁、技术咨询的综合性第三方专业检测服务机构。

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初识3D打印建筑  

2014-07-22 09:09:09|  分类: 新派建筑 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自zhwc39《初识3D打印建筑》


参加了一场学术活动,是介绍关于3D打印的,打印的不是小玩意儿,而是建筑物!

3D打印最初的认识,是学院引进了一套3D打印设备,老师们前往参观其操作时,工作人员拿出三件打印好的成品来,让我们挑选,可任选一件喜欢的,事后会批量打印后赠送给我们。这三件东西,各有特色,一件是学院门口的一块装饰标志牌的缩微模型摆件,平板上有镂空和出挑的立体构成图案;一件是一条环环相扣的链子,它是活络的,怎么打印的实在想不明白;还有一件是大小比乒乓球略大比网球略小的镂空象牙球般的小圆球,也像它们一样,能弹跳。我本想要链子,可是太小了,当手链都不成,便和大多数人一样要了最后一件,既可当摆设也可给小孩当玩具。

初识3D打印建筑 - zhwc39 - zhwc39的博客

这就是那3D打印出来的小球,显得十分精细。

原来,3D打印是将粉末状的金属或塑料等可粘合的材料,依照电脑3D建模的程序指示,用一定的粘合技术,在打印机中自动通过堆垒塑形的方式来构建成实体(这个球就是通过电热熔融粉末自身累积而成)。只要电脑能生成的任何复杂形体,原则上它都可以忠实地以放大或缩小比例的实体呈现出来。比如,枪械很复杂,但现在已经有3D打印的武器出现了,至于更不规则的非几何形而且有个体差异的人造骨关节等,现在也已经发展到了应用阶段。

但是,建筑物这样的庞然大物,即使可以打印,那得有多大的打印机呀!然而这件开创性的研究工作,现在在中国已经有了成果,据说是国际领先的。那天我们听取了研发者、一家名为盈创的装饰工程公司的马董事长的介绍,并去张江高科园区青浦的一个基地,参观了那些打印出来的实验建筑。

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目前该公司研制的建筑3D打印产品,主要有两类:一类是建材构件,另一类是建筑整体。前者技术相对成熟,比如GRG基本上已被大部份国内剧院、体育馆等大空间建筑的吊顶广泛采用,那些板材可以按客户需求打印成任何曲面、折面、波纹、穿孔等等形态。后者则还在探索中,有待需求方提出任务,然后与设计方进一步合作实施。

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这张幻灯是展现3D打印建筑墙体的一种具体构成形态。由于建筑毕竟不是搭积木,在承受重力之外,它还必须满足抗震、抗风等多向受力要求。所以遇到高层或大空间或悬挑建筑之类的复杂受力状况,配置钢筋等仍然是免不了的。这时可以在“牙膏”状盘旋挤出的“油墨”形成的空心墙体中,配置钢筋浇注混凝土,打印的墙体就成了一体化的模板,甚至形成一定肌理的外墙装饰,省工又省料。

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这种打印建筑技术的最可贵之处,在于它的“油墨”完全是建筑废弃垃圾粉碎物,不仅有经济效益,更是一种资源再生,对消除固体废弃物造成的环境污染,是积极的吸纳消化,非常环保。

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这张图是对3D建筑打印将来的基本生产消费体系的简单描述。客户、创意研发和打印制造,通过互联网平台,形成一个互相支撑的体系。

人们熟悉的打印,就是日常在白纸上打印文字或图像,那是平面的,也就是2D的,靠的是打印机墨盒里的油墨。3D打印则是打印立体物,同样要用“油墨”,目前盈创的建筑用的“油墨”,可以说是一种以固体建筑垃圾粉末为骨料,高标号水泥与玻璃纤维为粘合材料,经一定配比制成的特殊“混凝土”。所谓3D打印建筑,目前就是通过拥有自主知识产权的电脑控制设备,连续线性挤出这样的“油墨”打印而成。

这位马董,并不是建筑专业出身,用他自己的话来说是不懂建筑的,正因此才敢于海阔天空地想用3D技术来打印房子。当然,这也带来一个必然产生的问题,无论在艺术上和技术上,其“外行”的实验性成果,与专业行家的理想完美会有相当距离。同时,由于它并非直接将建筑打印在土地上,而是工厂打印后现场安装的,所以还有运输环节、场地三通一平和施工安装等诸多配合问题,是个系统工程,就不是像实验室里3D打印做个小玩意儿那么单纯的可一气呵成的事了。

如今在基地呈现的可以说只是个简单房屋的毛坯壳子。倒不是装饰问题,因为再装饰是不成问题的,一切质地、肌理、色彩的饰面材料,3D打印甚至会更得心应手,它们的打印比结构本身的打印要简单得多。打个不恰当的比喻,问题在于它更像个未长成熟的“早产儿”——许多“器官”都未发育成熟,不过宝贵的是它毕竟是个成活的新生儿了。

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这是位于上海市郊青浦的3D打印建筑展示区,有十幢外貌接近、尺度不同的“样板房”。

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最有特征的是这些小房屋像页岩般层叠构成的墙体。

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从这幢单独的小房子的墙身,可以看清打印墙体的外观,水平层积的肌理,特征鲜明,摸上去与一般混凝土无异。

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这一幢用的是平屋顶,而地板架空。事实上可以看做是一个很简单的横躺着的矩形截面的巨型混凝土管道,开口处安上门就成了。

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将管道断面形状略作改变,就成了这坡顶的样子了,加个屋顶无非是可以与习惯的房子概念更符合。

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这里看到的墙面有横竖两种不同的肌理,事实上打印时由于“油墨”必须像蛋糕裱花一样水平挤上去,竖直的肌理是固化后翻转90°形成的。

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这是细部,不知为何转折处会形成如此不光顺的模样。

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如非故意做材料或机具等方面的实验,这里呈现的墙面,估计工艺上还有些毛糙,左边薄而细腻,右边厚而粗糙,层叠肌理有很大区别。

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高低屋面中间有一榀刚架式的高拱,可以看到模具形成的花纹,大概是打印时位于底部的一榀,这也显示了打印装饰花纹的简单易行。

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这水平的肌理看上去很像堆砌的片状石材,但更像柔性的毛糙纤维板,然而已结合成整体,不必担心接缝渗水。如能在色质上控制得更均匀,完全可以不再做外装饰了。

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转角部位再次呈现出过渡上的非均质变化,打印工艺确实还有待改进。

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这是一间房的内部,感觉像混凝土浇筑刚脱模的隧道。这里的地面似乎有一层后做的粉刷,看来要直接打出与毛面一气呵成的光面来,还有难度。不过如果采取铺砌装饰,目前该公司工厂的打印机械,已可以生产各种厚度任意长度幅宽在12以下的板材了。

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这是幻灯讲座展示的若干研发方向规划。这里需要解释的是反重力打印,它不是通常的在水平面上平摊支撑重力一层层堆垒打印的,而是可以直接在任意表面上打印出需要的形态(比如从垂直面上横向生成任意形状、斜向生成树枝状等),这样建筑的悬挑构件,就可直接打印出来了。

当然,建筑构件不比轻质柔性的塑料小玩意儿,由不同材质的建筑构件建造起来的建筑,更是复杂,尤其在力学上会遇到很大挑战。但是,不怕做不出,只怕想不出,3D打印建筑,随着技术的逐渐成熟,将会是前途无量的。

 

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