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覆盖着色调以保护结构,WASP的“起重机”打印机同时使用两个打印机竖立建筑物。Tecla 3D印刷房屋是试图使用3D打印机来构建全球经济实惠的房屋。照片:WASP.

栖息地

10月27日,2021年

3d打印构建必须在交付之前成熟

贡献:Emily K. Schwartz,Charles Newman

我们已经看到了打印房屋的出现,但在未来,将3d打印技术用于建造我们的大部分建筑环境的可行性有多大?有可能用3D打印机自动化建造数百甚至数千座房屋吗?3d打印建筑显示出巨大的潜力,可以降低成本和加快建造时间。但要做到这一点,需要在建筑和工程设计过程中进行一场革命。

从建筑草图到3d打印建筑的BIM。图片:Charles Newman和Emily K. Schwartz

在现代建筑设计时代,建筑师既受建筑表现工具的指导,又受其约束。Revit, Autodesk的建筑信息建模(BIM)软件,是越来越多影响建筑设计办公室设计工作流程的软件包之一。该平台已经在整个行业广泛采用,将场地约束、材料数据和建筑标准整合到规定的基础、框架、干墙、壁板等属性中。虽然该平台已被证明在协调复杂项目方面非常有用,但它仍然受到传统施工过程假设的限制,这限制了它在机械化、添加式建筑项目设计中的使用。

从Revit到3D打印机的唯一适当的工作流程首先要求设计人员手动删除所有无关元素,蒸馏到模型,仅将模型蒸馏到要打印的元素。Revit没有能力将文件导出为网格;它也没有“切片”能力,将模型呈现为3D打印机的清晰数据。The design must therefore be exported from Revit into Autodesk’s Inventor or Fusion 360, where the model can be retabulated into a mesh file type (such as STL) and then sliced into a set of instructions that a printer can understand (a G-Code).

这是从初始到印刷产品的打印过程。图片:Nektor Media

除了设计数据的处理,设计师还必须考虑印刷设备的空间限制、施工顺序,以及灯丝的材料组成和由此产生的结构考虑。黄蜂是一家意大利3D印刷建筑公司,推出了一个带有4米的可印刷半径的“起重机”打印机,最大高度为3米,可以部署在施工现场和打印形式到位。然而,预定义的打印区域意味着设计者必须考虑总组合物的分割,并将不可避免的拆卸和在建筑工地上的设备重新组装。荷兰建筑师Houben&Van Mierlo,设计师在欧洲的第一个3D印刷家园,采用了不同的策略:在受控的环境中打印组件,然后将它们运送到现场进行组装。尽管如此,印刷区域的限制可以从设计中看到,单独的墙壁和屋顶部分在系统的可印刷体积内,并与全高度的孔和接头连接。

这段延时显示了Tecla 3d打印房屋的建造过程。来源:黄蜂

围绕3D打印可扩展性的问题也必须延伸到打印系统所使用的材料。水泥/骨料混合物通常使用较小的水比。尽可能少的用水是适应添加印刷顺序的必要条件。随着挤出机的每一次通过,独立的结构更依赖于下面的层的快速固化。缩短混凝土的含水量会加速这一养护过程;虽然会导致较弱的混合物和最终产品。印刷过程的另一个复杂性是,目前还没有办法将额外的钢或其他结构加固到建筑构件中。虽然3D打印技术所使用的材料已经开始与其他材料结合,如粘土、陶瓷,甚至植物纤维,但大多数这些材料仍处于早期研究和开发阶段,尚未经过结构完整性的彻底审查。

3D打印技术被描述为一种节省时间和金钱的手段,并作为一种系统精度,以减少人为错误。这可能是事实,但只是在正确的参数下。虽然在现场3D打印结构可能会降低整体劳动力成本,但这一过程将需要专门的人力资源,如机器人技术人员和过程控制工程师;职位要求对结构和软件都有深入的了解。考虑到建筑工人所需要的这一重大转变,以及打印过程所带来的设计约束,这种规模的3D打印仍然需要进行一些研究、发展和成熟。


关于作者

艾米莉K.Schwartz正在科罗拉多大学博尔德追求建筑工程的大师,她在卡尔顿学院获得了物理学的学士学位。施瓦茨女士担任项目经理,并对毕业后可持续建筑工程的职业感兴趣。

Charles Newman是一位国际开发专业人士,在建筑设计、开发和施工管理方面拥有超过10年的经验。纽曼先生创立了基础设施设计有限责任公司,为非营利组织和有需要的社区提供咨询服务。

标签:3D CAD.三维建模3 d打印技术负担得起的房子建筑工具欧特克低成本建筑可持续建筑

艾米丽·k·施瓦兹

查尔斯•纽曼

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