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3D打印,建筑产品的下一个创建“引擎”!
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发布时间:2023-08-22

说起3D打印,大家一定不陌生

该技术在塑料、金属等

材料领域的应用相对成熟

相信大家也见过相关打印产品

但是在建筑领域却并不多见

今年年初的科幻大片《流浪地球2》中

出现过利用3D打印技术建立月球基地的场景

从材料、装备、系统、路径设计等

关键技术入手

将“科幻”照进现实


今天,小静带你走进

位于西安的一公院科技产业园

围墙大门3D打印建设项目现场

共同感受混凝土3D打印技术的魔力

科技产业园效果图


该项目利用3D打印技术为科技产业园“打印”出769根形态各不相同的立柱,组成长304米的围墙,以及4座由200多块预制构件组成的门房,总打印量达300吨,总打印时长约625小时,是国内少有的大型3D打印建设项目。


通常来说

3D打印技术共分5步实施:

建模、切片、路径规划

程序编译、打印建造


首先

要在建模软件中建立数字化3D模型

通过切片软件获得每一层的轮廓信息


再根据每一层的内外轮廓

进行平面路径填充

最后将打印数据信息输入3D打印机

实现3D打印建造

过程看似简单

然而,在实际工程建造中

使用混凝土材料的3D打印技术

却困难重重

看看如何解决?


丝滑走位


在本项目中

异形的围墙立柱属于薄壁结构

如果按照常规的打印路径设计流程

由于建模逻辑和切片过程中

容易出现模型缺陷

极易导致打印路径不流畅

围墙立柱形态特征丢失

严重影响打印精度

围墙立柱的质量和美观度将大打折扣

于是,“空间打印路径规划算法”应运而生

采用参数化设计

跳过建模切片环节

直接生成连续流畅的空间路径

从数据根源上提高打印精度

(红色线条为常规流程导出路径,

蓝色线条为新算法导出路径)

打印“画笔”的走位

是不是看起来“丝滑”了许多?


立柱不倒

由于高2.2米的异形立柱存在悬挑扭转结构

加之中空壁薄

一旦打印过程中出现

结构重心偏移过大

立柱就会倒塌

为解决这一难题

设计师利用重心同轴优化技术

在结构造型基本不变的情况下

通过细微调整打印路径

保证打印过程立柱结构重心

始终在固定轴线上

就像专业舞者在旋转过程中

只要控制重心在身体垂直线上

就可以一直不倒、稳稳站立


化整为零

由于门房结构整体较大、造型复杂

3D打印不可能一次性整体成型

只能是分块单独打印到现场拼装

这样,不仅要考虑每个构件之间的连接

还要考虑构件3D打印的可行性

这时就轮到“模型自适应分块算法”出场了

只要在程序中输入构件的限制参数

便自动将模型拆分成

一块块能够实现3D打印的构件


层厚可调

对于某些复杂构件

不适用等厚度切片

比如,项目中门房打印部分的

大尺度曲面悬挑预制构件

虽仍采用平面切片

但打印面倾斜角度需要逐渐增大

以实现悬挑造型

门房多向节点连接预制构件

则采用曲面进行模型切片

以实现特殊构造

两种切片方式涉及的“非均匀层积”打印技术

突破了混凝土等层厚打印的技术瓶颈

让打印“画笔”的路线、粗细更自由


变速打印

“非均匀层积”打印技术的实现

还需要打印参数的控制配合

类似做蛋糕挤奶油的过程

打印过程中的“泵速”

相当于挤奶油的“力道”

要想挤出的奶油达到预想效果

就要协调好奶油挤出的

“力道”和“速度”

在混凝土3D打印过程中

对于等厚度打印

只要预设固定的“力道”和“速度”参数

就能得到固定的打印条宽和预期效果

若想实现“非均匀层积”厚度打印

就要在打印过程中

不断调整材料挤出的“力道”和“速度”

这时,“打印条宽参数化预控策略”

就显得尤为重要

在打印程序中通过预设协调参数

无需人工实时调整参数

实现复杂造型


拥有高新技术的加持

科技产业园围墙和大门的3D打印

实现了智能化、自动化、无模化

少人工、低成本、高精度

3D打印设备

就像一支神奇的画笔

“旋转跳跃不停歇”

实现工程结构预设模型1:1的完美复刻

将童话故事里马良的“神笔”变成现实


未来

期待“神笔3D”在我们的生活中

自由绘制出更多个性化的建筑产品

继续推动基础设施建造技术的

绿色化、工业化与智能化升级

服务我们的美好生活

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