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建筑实践正在发生变化。旧的工作流程、方法和实践正在受到挑战,因为异地、模块化和制造设计概念正在开发中。3D打印技术会成为这种变化的一部分吗?马丁·戴调查

作为一个物种,我们当然有自己的缺点,但我们在制造东西方面非常足智多谋。我们是天生的工程师。当谈到提供庇护所时,我们总是利用我们周围的资源来建造建筑物。木头,泥土,粘土,石头,稻草。我们的工具不断发展,我们用金属制作斧头和凿子,我们进一步提炼和加工我们的建筑原材料,雕刻关节,刨平表面ES和烤砖。我们试验了几何学,用2.5吨重的石块建造了高耸的金字塔,发明了管道、暖气、玻璃,建造了从太空可见的长城。人类,自公元前9000年以来的“建筑大师”。对一群跳起来的猴子来说还不错。我们一直在创新。

在21世纪,看起来我们很可能会“超越砖块”。混凝土实际上可以追溯到公元前700年左右,当时约旦和叙利亚首次使用石灰砂浆。甚至是纳巴泰人有混凝土地板和防水混凝土蓄水池,仍然存在。显然,罗马人对整个混凝土建筑进行了涡轮增压,建造了圆顶、拱门、水渠、圆形剧场等。但他们从来没有想出强化。

我们必须经历中世纪,进入波特兰水泥的工业革命。一位不开心的法国园丁约瑟夫·莫尼耶(Joseph Monier)对他的容易破碎的混凝土花盆感到恼火,在他的下一代花盆中嵌入了一个铁网。他接着说佩特。恩特的工艺和制作,加固了坦克、横梁和桥梁。现在,我们每年为建筑业生产超过100亿吨混凝土,仅钢筋市场就价值1211亿美元。混凝土是目前地球上最常用的人造材料。

和往常一样,我们的材料在进化,我们的工具也在进化。注意铁锹和铲子,机器人革命正在向我们走来。随着精密电机、计算机建模/分析和自动化驱动下一个工业尝试革命,建设也走在前列。

在制造业,3D打印机已经从炒作曲线中幸存下来,现在正从塑料零件的原型制作转向在传统的混合工艺中制造真正的塑料和碳。然而,尽管3D打印变得更快、更可靠、更具生产能力,但要取代传统的大规模生产方法(如塑料注塑成型)还有很长的路要走。它仍在开拓自己的市场。

现在

有了3D建模。作为建筑行业的标准,在20世纪90年代末,有许多研究项目都在研究如何使用3D打印机来加速现场和非现场制造建筑物和部件的过程。南加州大学(USC)快速自动化制造技术中心(CRAFT)主任Behrohk Khoshnevis研究了当时成型的3D打印工艺,并意识到虽然在3D层中制造零件是一种新颖的方法,分层施工实际上是传统施工工艺的延续。他接着开发了一种分层的3D打印制造技术,他将其命名为“轮廓工艺”。

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这一切都始于Behrohk Khoshnevis,快速自动化制造中心的主任。南加州大学(USC)
的技术(工艺)

如今,有20多家公司销售3D打印制造服务、水泥3D打印机或3D打印建筑,从基于固定机架的系统到便携式机器人手臂。尽管如此,3D打印仍处于非常早期的实验阶段,3D打印最常见的用途是为面板等物品生产蜡模,例如Laing O Rourke的FreeFab Wax 3D打印方法最近在伦敦横贯铁路(Crossrail)的一些车站使用。

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Laing O Rourke的FreeFab Wax工艺制造混凝土模具,在5轴CNC中加工,以获得良好的光洁度。图为伦敦横贯铁路
上使用的图片

3D打印建筑

“梦想”

的解决方案是,有一天建筑物将被打印在混凝土,现场,WI机器人和龙门系统铺设快干水泥,每周7天,每天24小时工作,以极快的速度为住房、办公室、营房、酒店等提供经济实惠的结构。该技术局限性的现实意味着,在可以保持温度和湿度水平的受控环境中,3D打印的非现场部署有了更多的发展。这带来了3D打印组件的构建尺寸限制,因为它们必须安装在拖车上才能发货。D到站点.

2013年,中国的盈创(Winsun)展示了它可以在24小时内使用预制的3D打印组件建造10座单层建筑,这是对3D打印建筑

的真正炒作。这确实是一个令人印象深刻的壮举,但是“建筑”的设计部分(四面墙和一个屋顶)还有很多需要改进的地方。

Winsun继续其快速发展,并创建了一个高20英尺,宽33英尺,长132英尺的3D混凝土打印机阿德用回收的建筑材料创造了自己的特殊液体混凝土,并将其命名为CMS(疯狂魔石)。Winsun以拥有第一个3D打印办公室的想法赢得了迪拜皇室的青睐,因此Winsun与Gensler合作设计了一个250平方米的混凝土C形盒式结构,各层之间有金属加固,耗资12万美元。这最终被运到迪拜组装。

为了听取关于该项目的第一手证词,Jorge Barrero(前詹斯勒,现在在HKS)在波士顿的Develop3D现场演讲,我强烈推荐你花30分钟的时间,这既有知识性又有趣。Winsun已经开始建造大型建筑,这些建筑在最初的基础上有了很大的改进,并继续支持3D打印建筑。

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2013年,中国的盈创展示了它可以制造10个单一商店。安永在24小时内使用预制3D打印组件
建造大楼

AI Space Factory就是其中一家特斯拉公司。该公司成立于2017年,主要目的是参加美国国家航空航天局(NASA)的“ X奖”竞赛,为火星设计3D打印栖息地,该公司在2019年以非常有趣的圆锥形设计、材料和打印工艺赢得了比赛。它现在正在为地球设计栖息地。

该公司正在避开传统形式,并设计了TERA,TERAMINI,ASTRA和EVO栖息地,面积从500到1000平方英尺不等,楼层从1.5到3层不等,高达24英尺。该公司声称使用回收和当地材料(玄武岩和生物聚合物)的绿色证书,并期待碳负模型。

2019年

11月,该公司开始在纽约加里森的哈德逊河上现场打印TERA栖息地。桦木胶合板内部正在工厂制造,并将在外壳完成后插入。它会运作作为短期租赁,他们测试绝缘材料和寿命。我认为这些设计很华丽,但不知道它们是否适合居住。

总部

位于美国的3D打印专家APIs COR是提供3D打印乌托邦的领先公司之一。即在现场实际打印所有墙壁和地板。它来了完成了许多建筑,这些建筑远远超出了你在网上找到的许多50平方米的示范项目。它开发了自己的印刷技术、软件和石膏基材料。它最近为迪拜市政府完成了一座两层、640平方米的弧形行政大楼。3D打印机械臂通过起重机在现场移动,以建造混凝土墙。该公司甚至已经制定出如何打印地板和屋顶的流程。即在空隙上水平印刷。测试该公司估计,一个250平方英尺的空间需要8个小时来打印,打印材料的成本为5,100美元。

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APIS COR已经使用自己的打印技术、软件和石膏材料完成了几座建筑。
在我提到的

所有案例研究中,你都会有希望如果不是因为超级富有的中东皇室成员或令人兴奋的太空竞赛,3D打印建筑虽然激发了人们的想象力,但尚未获得任何真正的行业认可。而且很少有重复的订单。有人可能会轻易地争辩说,建筑中的3D打印是一种寻找问题的解决方案。但许多人认为,关于制造业中的3D打印,在炒作曲线之后,它现在开始让不可能成为可能。

罗亚尔砰

在大学研究实验室

之外,建筑领域的3D打印技术在斯堪斯卡(Skanska)和Laing O Rourke等大公司得到了发展和有限的应用。但很多发展都来自荷兰。

代尔夫特理工大学

(Tu Delft University)、埃因霍温科技大学(Eindhoven University of Technology)、DUS Architects、MX3D、Houben/Van Mierlo Architects和Aectual都一直在以1:1的比例进行试验和建造,完善他们的流程。荷兰是3D打印领域的全球领导者之一研究,当然也是该过程商业化的领导者。

自2015年以来

,Royal BAM一直与埃因霍温工业大学(Tu Eindhoven)和韦伯·比米克斯(Weber Beamix)合作,开发使用ABB机器人手臂的现场和非现场3D打印能力。2017年,该公司在两天内印制了世界上第一座全结构预应力混凝土自行车桥(8 X 3.5米),分为六个部分。到2019年,BAM在荷兰开设了一个专门的3D打印设施,可以在HEI中构建高达3.5米的元素。但理论上可能高达25米。然而,限制是适合卡车的重量和尺寸。

BAM

的关键之处在于,虽然大多数其他公司将其视为建造廉价房屋的奖励,但该公司主要专注于解决性能、重量和加固等难题,因为它希望将该技术应用于在较高负荷下运行的民用项目。弄清楚强度问题将打开所有使用混凝土的现有区域。砰的3D打印技术可以在3D打印的每一层中同时铺设金属线。这主要是为了防止开裂,但它确实起到了一种加固作用,因为它是一层一层添加的。

BAM和Tu/E目前正在为奈梅亨市印刷和组装一座由Michiel van der Kley设计的“自由形式” 29米长的行人和自行车桥。必须创建犀牛和蚱蜢模型,以便对表达形式进行分析和优化。这需要很多前任。进行试验和结构分析,以确定组装和运输的最佳组成和分段。

目前,在工厂中进行异地打印是首选方法,因为环境是完全可控的,但BAM预计有一天现场打印也将成为普遍做法。

在最近

的一次演示中,很明显,BAM相信这项技术现在已经可以投入商业使用了。它目前正在与希思罗机场谈判,以便在下一阶段使用它。伦敦地铁(London Underground)和泰晤士河潮汐(Thames Tideway)已经参观了“便携式”版本的运行情况。随着时间的推移,BAM预计该工艺将变得比传统的混凝土方法更经济,在几年的时间内可能低至50%。随着使用量的增长,BAM表示将在英国和爱尔兰开设工厂。

BA
M Infra的全结构预应力混凝土循环

打印优点和缺点

3D打印结构提供了一系列Po潜在的好处。主要是成本和速度。如果这是在场外制造组件或在现场打印,毫无疑问,可以节省大量的时间来更换砖和块的工作。

这是非常基本的,但由于不需要模板或模板,可以避免大量的时间、精力和现场浪费。根据埃因霍温工业大学的说法,与传统方法相比,这可以节省35%到60%的资金。

随着印度河的建设。尝试面对劳动力和技能短缺,一种减少人数并以一致的质量提供更多的技术,值得进一步研究。

长久以来,我们一直是直角的奴隶,而那些弯曲的人付出了额外的代价,3D打印的形式可以在没有额外成本的情况下带来有趣的几何形状,并产生独特的外观。

在温室气体问题上,传统混凝土不是我们的朋友。新的绿色材料正在酝酿之中,将使3D打印成为使用当今水泥的更好替代品。使用算法,还可以“轻量化”结构并优化材料使用。

消极阵营中,有一些关键问题需要解决:加固和拉伸载荷限制了3D打印建筑通常可以拥有的楼层数量,以及结构元件可以承受的载荷。在这方面已经取得了一些进展,但性能仍然是一个关键问题。不.

与性能

相关,混凝土的认证和测试是我们建造的方式。即使在制造业中,监测材料以检查稳定性和强度也是一项具有挑战性的工作,因为在制造业中,金属印刷已成为一种负担得起的现实。使用3D打印的金属空隙可能会在未熔合的材料中形成,从而改变强度特性,并可能导致未来使用中的应力失效。

在半个工作鲍勃类别中:3D打印建筑不能真正完成一个完整的建筑——你最多只能得到一个外壳。结构布置、钢筋布置、电气、管道等工作仍需完成。法国的一座3D打印房屋打印需要54个小时,但承包商花了四个月的时间来添加窗户、门和屋顶。人们只需要看看像Katerra这样的公司的场外施工方法,那里的木墙到达现场,里面的一切都准备就绪。

可以打印的几何图形

有一些限制。在制造空间中,3D打印通常必须使用支撑结构进行打印,以将3D打印保持在一起,然后将其移除。这对水泥来说并不容易。大多数打印作业将需要一个策略,即它应该是哪种方式,以及如何优化打印以获得所需的形状。

打印

时,在底层固化到两层不能完全融合之前,您有大约十分钟的时间来放下下一层。我不知道会发生什么,如果有一个电源切断或喷嘴堵塞,你的打印中途受损。

最后,完成。对我来说,它看起来像干燥的大象皮。层的华夫格边缘增加了。可食用的粗糙。虽然印刷混凝土内部可能是同质的,但外部确实需要额外的工作来平滑饰面。即使你不喜欢20世纪50年代的灰色野兽派建筑,但表面至少是干净的,有一种美感。

“3D打印混凝土的
表面粗糙,有点像干燥的大象皮。

结论

作为随着建筑行业的现代化,大公司正在重新考虑流程的每一步,以提高交付时间、质量和价格,这真是太棒了。

如果不转向3D,无论是SketchUp、Rhino还是Revit,我认为该行业不会考虑将其设计系统直接连接到制造机器。3D打印可能是其中最深奥的一种,因为它已经在更传统的钢铁和木材部件中使用了十多年。

不得不

说,人类花了一段时间才意识到,将9米高、25吨重的花岗岩岩石搬运到25英里外的巨石阵建筑工地,可能不是将材料运送到工地的最佳方式。2000多年来,砖块一直是我们的“首选”解决方案,你猜怎么着?它们根据我们的手的大小进行了优化!这是唯一正确的,我们应该继续寻找替代品,尽管目前的缺点,我相信3D打印有一个角色。E在将采用的新技术组合中,特别是在异地。

随着BAM等大型建筑公司与韦伯圣戈班(Weber Saint Gobain)以及斯堪斯卡(Skanska)和莱因·奥罗克(Laing O Rourke)等其他建筑领域的建筑创新者合作,随着这些公司将3D打印添加到其可用流程列表中,该技术将成为主流。有些项目很适合,有些则不适合。随着建筑师继续用生成拱门推动形式的复杂性建筑,建筑公司将会考虑所有的选择,让他们活起来。

制造业中的

3D打印
“
由空中客车公司
提供
在使用3D和基于工厂的装配方面,

制造业比建筑业领先了几十年。虽然3D打印还有很长的路要走,但在过去十年里,3D打印已经从一种过度炒作的制造塑料部件的新奇事物稳步发展成为一种更普通的制造业在技术上,用金属印刷。

随着材料性能、光洁度、测试和质量控制障碍逐渐被克服,

小批量、高价值零件在汽车和航空航天制造商中越来越受欢迎。

3D打印硬件本身

的发展速度更快,现在该技术的领先品牌,如惠普和通用电气,也是他们自己最大的客户。

惠普3D为自己的3D打印机打印零件,因为体积/成本比感觉。与此同时,通用电气公司已经将近300个3D打印部件放入其新的GE9X飞机引擎中,帮助推动整个行业在航空航天认证方面向前发展。

大众汽车(Volkswagen)等公司招募了惠普(HP)和吉凯恩添加剂(GKN Additive),这些公司的

试验正在成为大规模生产的学习曲线——生产出超过10,000辆金属AM模型汽车,用于零件管理和质量控制。

鞋类设计师也在为男性使用生产级3D打印材料制造运动鞋。Carbon一直在与阿迪达斯(Adidas)合作开发一种用于中底的弹性聚氨酯材料,而New Balance则与Formlabs合作,从弹性格子中开发“回弹树脂”。但距离大规模生产还很遥远。

3D打印带来了“打印”性能的能力,应该是重量轻还是强度高。用于拓扑优化和生成式设计的设计工具现已集成到用于生产的主要CAD软件中。UCT设计为标准。

下一大步正在发生,新的软件利用人工智能来增加实际打印过程的速度、自动化和智能化——有望使现有的机器工作更快,效率更高。

斯蒂芬·霍姆斯


3D打印金属汽车

Hackrod是一家总部位于加州的公司,其使命是在金属汽车底盘上进行3D打印。该公司制造了一张巨大的3D打印床,配有梳子。ED金属沉积打印头和CNC铣臂。当金属被沉积时,它同时被加工以产生精细的光洁度。

使用计算机模拟,源自驾驶真实赛车时的力,底盘几何形状实际上是通过生成设计“生长”的。由于目标始终是3D打印底盘,该设计不受传统制造工艺(通常包括金属管)的限制。

该公司的技术是Hackrod创始人Mouse McCoy制作的开发3D现场视频仍在开发中,并对愿景进行了介绍。

建筑3D打印公司

Xtreee■xtreee.EU
APIS COR■APIS-COR.COM
CYBE结构■CYBE.EU
黄蜂起重机■3dwasp.com
轮廓工艺■contourcrafts.com
MX3D■MX3D.com
Vertico/根特大学■Vertico.XYZ
Aectual■aectual.com
AI空间工厂■aispacefactory.
com
COBOD■COBOD.com
BetaBram■betabram.com
SPECAVIA■SPECAVIA.
PRO
D-Shape■D-Shape
.com
WinSun■winsun3d.com
分支技术分支.技术
AI构建■AI-Build.com
图标构建■iconbuild.com/technology
泥巴机器人■mudbots.com
TotalKustom■TotalKustom.com
SQ4D■SQ4D.com
特温特增材制造te-am.
com
建筑-3D■建筑-3D.com

3D打印时间线

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