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太阳海贼团,3 d印刷建筑离我们有多远?,四驱兄弟

导言

3D打印(Three Dimensional Printing)是现代前沿技能之一。自1976年喷墨打印机诞生以来,科学家及工程师们对打印技能海宁人才网持续开展与立异,测验由“墨水+平面打印”办法升级到“其它资料+空间打印”办法,时至今日已在多个职业及范畴取得运用乃至量产。本文回忆3D打张建宗被骂印技能的开展、剖析3D打印现在在民用修建的运用情况,并研讨总结3D打印在民用修建的开展趋势。

一. 3D打印技能开展概述及剖析

3D打印是一种经过“逐层堆积成型”办法完结实体打印的技能,它将规划的3D模型经过图形处理软件切割转化为二维面的模型,经过3D打印机把满意要求的打印资料逐层打印成三维产品。与传统工业化办法比较,传统办法归于减法(“去除成型”),3D打印归于加法(“堆积成型”)。

19世纪末,美国依据照相雕塑和地貌成形技能构成了3D打印中心制造思维,初期用于打印玩具、东西及厨房用品等小型东西;后续跟着数字化技能的前进开展,打印设备、打印资料和辅佐东西的开展,多学科多职业的穿插衍生,3D打印技能水平取得了大幅度进步并开端广泛运用。 现在已在汽车工业、航空航天、武器装备、生物医疗、通用制造等多个职业及范畴得到运用。

航空航天范畴3D打印首要针对由钛合金、铝合金、超高强度钢、高温合金等难加工龙血靖甲泰资料出产的部品。上述资料强度高、熔点高,不易成型加工,若选用传统加工工艺则出产周期长、本钱昂扬。3D打印能够有效地进步部品质量、并下降制造本钱,且制造速度快、加工周期短,计算标明至少可节约70%的时刻;资料运用率高、加工本钱低,计算标明可下降50%的制造费用;且加工进程不受零件杂乱程度的影响,大幅度下降后续机加工难度及周期。以波音公司为例,该公司已在16种不节哀顺变同的商用和军用飞机上运用了200多种、2万多个3D打印的飞机零部件。

3D打印不需模具及机械加工,能够直接从规划完结的计算机图形数据中生成任何形状的物体,产品能够完结高精度、无缝衔接及个性化需求,因而在医疗范畴也广泛运用于医疗辅佐用具,包含义肢、假牙及骨骼等;乃至结合肌电体系构成功用挨近原肢的用具。

除传统的粉末黏合成型技能外,跟着资料及相应固化/成型技能的开展及改变,衍生出了各种3D打印技能,表一是常用的3D打印技能。

表一:3D打印技能

图3:选择性三甲医院烧结技能(SLS)

图4:立体光刻成型技能(SLA)原理图

3D打印技能作为前沿工业化技能之一太阳海贼团,3 d印刷修建离咱们有多远?,四驱兄弟,具有以下长处:

(1)经过数字化办法完结高精度并习惯高度杂乱制造;

(2)削减模具加工出产环节,比较传统机床加工办法愈加快速直接、并节约资料;

(3)能够直接打印制品产品,大大下降产品的组装本钱。一起也因设备的规范有限或资料的可选品种有限的实践情况,运用中遭到较大约束;Sciaky公司2018年EBAM机型能够出产19英尺4英尺4英尺(5.79米1.22米x 1.22米)的零件和结构或直径为8英尺(2.44米)的圆形零件,现有设备无法制造更大规范的零件。

图5:Sciaky公司EMAM打印机

合适3D打印的资料品种有限,包含工程塑料、光敏树脂、橡胶类资料、金属资料和陶瓷资料等;而制品产品往往是由不同资料的零件组成、乃至有的零件为多种资料复合而成,单一资料的3D打印只能供给零件,无法生成制品产品,能够选用装配式的办法把各种3D打印零件组装制品。

3D打印技能是工业化前沿技能之一,能够协同或促进部分技能开展、乃至取而代之,可是不可能代替工业化悉数技能奶茶妹妹身世起底。3D打印技能后续能够针对打印规范大型化、开发适用各种需求的新式资料、复合/组合打印办法等方面持续研讨与开展。

二、3D打印技能在民用修建缔造业的运用实例及想象

与传统民用修建缔造办法比较, 3D打印技能具有如下优势:

(1) 结构全体成形,修建全体性、安全性和耐久性大幅增强。

(2) 依据运用者的实践需求量身定制。

(3) 高精度且适用于杂乱形体的缔造。

(4) 不需求模板,很多节约现场人员。

(5) 习惯恶劣环境的无人、少人缔造。

(6) 缔造速度快。

(7) 部分增材处理。

以下便是运用上述某个优势而进行民用修建3D打印研讨的有利测验和考虑:

运用实例一~修建效果模型:

修建模型公司一般选用纤维板和亚克力板制造修建模型太阳海贼团,3 d印刷修建离咱们有多远?,四驱兄弟,一个项目的修建模型制造往往耗时数周,选用3D 打印办法只需几天。 台湾传宇美术模型公司运用 Stratasys 的 FDM 技能,以热塑性塑料性资料为质料,经过3D打印制造初始模型;再对初始模型的部件打磨抛光、上漆或电镀处理,终究完结模型需求表达的外观与质感。3D 打印办法不只适用于杂乱多变的体型外表,还进步了模型的密实度、强度和耐久性。

图7:3D打印的初始模型

运用实例二~修建实验模型:

风荷载是高层修建的首要侧向荷载之一,结构抗风剖析是高层修建结构规划的重要一环;关于体型杂乱的结构,现有规范没有确认其修建外表风压散布详细数值的内容,也需求凭借结构模型风洞实验来模仿确认。风洞实验不只供给结构全体风荷载散布,还能够供给幕墙外表风荷载的散布。关于刚性模型风洞实验,能够测验运用3D打印技能制造小份额(1:400左右)模型,浙江大学风工程课题组在实践中发现打印模型质量太重、刚度短缺等问题,且需求战胜同步完结安置测点的技能难点;常用1:100的模型规范较大、达到了1~2m左右乃至更多的尺euphoria度,则难以经过3D打印技能完结;而传统手艺制造风洞模型资料选用常为ABS工程塑料、有机玻璃、玻璃钢等,不存在上述技能问题。待处理设备打印规范和资料习惯性问题后,风洞模型实验大规划运用3D打印技能指日可下。

图8:风洞实验模型规范比对

运用实例三~桥梁结构3D打印与装配式:

由清华大学(修建学院)——中南置地数字修建研讨中心徐卫国教授团队规划研发、并与上海才智湾出资办理有限公司一起缔造的国际最大规划3D打印混凝土测验桥,于2019年1月12日在蕰川路才智湾科创园完工。该桥外形参仿赵州桥,全长26.3米,拱长14.4米,宽3.6米,横跨园区景象鱼池。选用桥梁部件3D打印混凝土技能打印+装配式技能组装的办法完结。

图9:3D打印混凝土桥

运用实例四~修建结构3D打印:

创业公司心率正惯例模ICON研发3D打印机器,能够在48小时内打印出32平米的住所,打印部分分量约为900kg,打印价格约为1万美元,契合美国德克萨斯州的住宅规范。打印资料为小骨料混凝土,经过逐层打印(浇筑)办法完结。

图10:3D打印混凝土单层房子

想象方向一~修补加固钢结构:

既有钢结构修建物因为运用功用改变、运用年限到期和锈蚀腐蚀影响等原因导致需求加大或修补原结构构件截面时,能够测验选用3D打印办法;钢结构的资料归于金属资料,现有航空发动机的华为游戏中心3D打印技能能够转换到钢结构上运用,且经过FDM(熔融堆积成型技能)或EDM(电子束熔融技能)能够确保新旧资料完好无缝地构成全体。运用这项技能前需求处理打印设备的体积及升降灵活性,以满意转移和现场高空作业需求。

图11:选用带有移动臂的打印设备修补钢结构房子暗示

(设想图)

想象方向二~太空环境下的修建缔造:

当人类远征外太空并企图久居外星球时,需求运用该星球的资料3D打印成可供人类生计的居所,来自法国的规划公司Fabulous以此创意规划了名为“Sfero”的概念计划。在太空环境下的居所营地缔造相对地球难度愈加巨大,需求处理3D打印设备的运送及动力,当地资料改进处理后能够成为处理安全、密闭、保温、耐久的修建根本资料,3D打印设备能够在外太空失重(超重)、枯燥(极湿)、高温差或强气流搅扰环境正常出产,3D打印设备能够把修建根本资料生成终究产品等系列问题。

图12:火星“Sfero”营地效果图

三、现阶段民用修建大规划运用3D打印技能事例的研讨

事例一:姑苏盈创公司打印修建

国内外均有房子缔造商前行于3D打印修建结构的前沿。其间盈立异资料(姑苏)公司于2014年1月,在姑苏工弟弟业园区运用3D打印构件+装配式组装的办法缔造一栋面积1100平方米的别墅和一栋6层居民楼。

图13:盈立异资料(姑苏)公司3D打印别墅

整个出产流程如下:

图14:盈创3D打印产品的作业流程

盈创公司针对两位数乘两位数3D打印修建物存在的技能难题选用了相应的处理计划:

(1太阳海贼团,3 d印刷修建离咱们有多远?,四驱兄弟) 打印构件以水泥与玻璃纤维作为原资料、打印相似GRC的构件,较好处理了别墅和多层的表层结迪士尼乐土构资料问题。与传统钢筋混凝土结构比较,选用水泥代替混凝土、玻太阳海贼团,3 d印刷修建离咱们有多远?,四驱兄弟璃纤维代替钢筋。后续需求进一步处理水泥玻璃纤维构件的受力实验及承载才干极限情况计算公式推演,玻璃纤维在水泥中的锚固搭接结构,构件的质量检验规范等问题。

图15:以水泥为原资料打印构件

(2) 3D打印机选用龙门架结构办法,把传统混凝土浇韩非筑办法简易转换为3D打印办法;经过主动定位体系,精确认位钢筋网片和其他装修构件的摆放方位,削减人工干预、下降差错。

图16:3D打印构件

(3) 经过装配式技能处理打印构件规范有限的问题,其间一项关键技能便是运用“双皮墙”原理全体处理外饰面、埋设管线和结构衔承受力的问题。

图17:双皮墙

盈创公司较好地处理了低层或多层修建物的3D打印技能难题,构成了成套的实践处理计划。后期可在打印构件表观质量的改进、围护墙与保温隔热装修一体化的完结等方面进一步进步。

事例二:北京华商陆海公司打印修建

北京华商陆海科技有限公司参阅龙门吊车运转特色研发了龙门式修建3D打印机,并于2018年6月初在河北打印一栋600平米的三层实体修建房子“温莎城堡”,该修建物长约30米、宽约11米二极管。所选用的3D打印办法真实完结了施工工地现场打印、且质料依然选用一般钢筋混凝土,经过直接浇筑成型技能,撤销了模板工序、相应下降模板工程造价本钱及工期。

图18:华商3D打印“温莎城堡”

图19:打印流程

“温莎城堡”打印资料为混凝土,钢筋工程同传统缔造办法、需求预太阳海贼团,3 d印刷修建离咱们有多远?,四驱兄弟先绑扎;经过优化混凝土合作比并参加必要的添加剂,进步了混凝土打印后的成型稳定性和初凝进展;因为撤销了模板和振捣、且打印头出料口及砼料初始粗糙度,因而混凝土完结面观感效果较差、室内需求厚抹灰或其它办法处理墙体外表,会引起相应的本钱增量。

图20:打印头出料

打印头移动中依然需求人工帮忙控位,无法直接经过纵横墙“时事政治T”型接头;混凝土保护层厚度较大伊藤富士子、墙体平面外受力情况不太阳海贼团,3 d印刷修建离咱们有多远?,四驱兄弟好。尽太阳海贼团,3 d印刷修建离咱们有多远?,四驱兄弟管撤销模板,可是存在3D打印设备的装置工期,因而“温莎城堡”主体结构打印实践工期45天,挨近同类型传统缔造工期根据上述事例的研讨及剖析,从以下三个方面总结3D打印运用于民用修建的适用性:

1.民用修建具有大型的体量,超出了惯例3D打印设备的打印规范限值。民用修建动辄数十米到数百米的平面及高度规范,即使是构件层面,也往往达到了数米乃至十几米的规范;而现在真实的3D打印设备最大的打印规范也只能到米级。

图21:3D打印修建暗示图

2.民用修建由多种资料复合而成。民用修建常常选用高强度、必定耐久性和延性的钢筋混凝土资料或钢结构资料作为结构支撑体;修建物间隔常用的非承重墙体则需求具有分量轻、强度高,耐水抗渗、隔音防火、保温隔热等要求;设备设备除确保相应功用运用外,需求必定的强度和防冻防爆等其它要求;装修装修资料要具有健康、漂亮、有用、接近等物理心思功用;各种资料有相应的功用和效果,有机组合在一起才干成为运用者遮风避雨、温馨接近的日子或作业环境。目我愿做你最终一个情人前3D打印资料没有一种或数种资料能够代替上述悉数资料或部分资料;现有3D打印技能只能处理两种资料的组合打印办法,还不具有更多资料的组合打印才干。

3.民用修建存在钢筋混凝土现浇或钢结构组装等多种传统缔造办法,也存在以装配式为中心的新式工业化缔造办法;这些缔造办法与3D打印办法比较精度较差、工速略慢,可是具有契合因地制宜、现有从业人员会干、产品价格大众化承受程度等多方面优势;这些优势对3D打印来说则是现阶段难以处理的下风。

综上所述,现在民用修建缔造悉数选用3D打印技能极端不现实,只能测验在发挥3D打印优势的部分部位运用。

选用3D打印修建物的探究之路依然绵长,需钙圈和枕秃的差异图片要直面并战胜在资料开展、技能规范、质监管控、打印质量和归纳价格等多方面存在的困难和问题。

四、结语

3D打印开展已有数十年,但民用修建范畴依然处于有限的拓宽及测验。后续能否取得腾跃开展需求根据以下几方面的开展情况:

1. 能否在资料方面取得打破,服务于民用修建打印目标的资料应具有满意功用、易于出产、价格实惠的特征。

2. 能否在打印设备方面取得打破,例如完结分材打印或复合打印,满意民用修建很多复合资料组成的部品构件的打印出产需求。

3. 能否在出产办法方面取得打破:机械打印体系不能简略跟着修建规范增大而增大;机器越大,现场出产设备的运送装置越杂乱越困难,打印精度和打印速度就会越来越差。持续研讨习惯修建大体量特色的智能直接打印设备(例如无人机/空间臂/吊车体系+配套打印设备)是一条值得期许的路途;此外结合修建工业化理论,选用打印部品构件+现场装配式组装的办法也值得持续探究。

4. 同步推出技能办法和技能规范方面:民用修建大规划运用3D打印需求在技能办法和技能规范上取得辅导,保证产品的质量操控与检验。

等待未来!等待3D打印国际!

来历: 远洋规划汇(ID:Sinooceanland-Design),本文已获授权,对原作者表示感谢。

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