隨著原材料價(jià)格的不斷上漲、供應(yīng)鏈的相對(duì)短缺、生產(chǎn)周期的不斷縮短以及環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈，建筑行業(yè)正面臨著來(lái)自各個(gè)層面的日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
盡管建筑行業(yè)正不斷引入數(shù)字化技術(shù)來(lái)提升建筑項(xiàng)目的質(zhì)量與效率，但迄今為止，數(shù)字化技術(shù)更多被應(yīng)用在建筑規(guī)劃與管理任務(wù)當(dāng)中，而在建筑結(jié)構(gòu)的制造層面上卻很少應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)及端到端的數(shù)據(jù)流程。
3D打印作為一種典型的數(shù)字化技術(shù)與數(shù)字化設(shè)計(jì)相結(jié)合，為建筑設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)復(fù)雜而堅(jiān)固的建筑結(jié)構(gòu)帶來(lái)了全新范式。除了混凝土3D打印直接建造建筑墻體、房屋之外，粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)在復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)字化制造領(lǐng)域也開始嶄露頭角。
本期，杭州博型科技將分享新加坡科技大學(xué)建筑智能研究實(shí)驗(yàn)室 (AIRLAB)，通過(guò)voxeljet-維捷粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)開展的AI-Table 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用案例，并揭示該項(xiàng)目中應(yīng)用的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造流程，為復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)與室內(nèi)裝飾帶來(lái)的應(yīng)用啟示。
AI-Table 項(xiàng)目作品
? voxeljet-維捷
?用料少但堅(jiān)固
上圖中的桌腿是AI-Table項(xiàng)目開發(fā)的3D打印作品，其花絲交織的結(jié)構(gòu)靈感來(lái)自于設(shè)計(jì)師在森林中散步時(shí)的觀察。雖然看上去只是幾條桌子腿，但是為了確保這種看似脆弱的結(jié)構(gòu)不會(huì)被沉重的桌面壓垮，設(shè)計(jì)師除了藝術(shù)美感之外，還需要對(duì)靜載荷計(jì)算有深刻的了解。
實(shí)現(xiàn)這些桌腿的設(shè)計(jì)，不僅僅是基于人類的創(chuàng)造性思維，還包括 Autodesk Fusion 360 軟件人工智能輔助設(shè)計(jì)，以及voxeljet-維捷3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)金屬鑄造相結(jié)合的技術(shù)。這一設(shè)計(jì)及制造思路誕生于新加坡科技大學(xué)的建筑智能研究實(shí)驗(yàn)室 (AIRLAB)。
為了實(shí)現(xiàn)在使用最少材料的同時(shí)可靠地吸收桌面結(jié)構(gòu)力的想法，項(xiàng)目最終使用青銅作為桌腿鑄造材料。青銅鑄造用的3D打印鑄型由voxeljet-維捷粘結(jié)劑噴射3D打印設(shè)備和PMMA材料制造，鑄造廠將3D打印鑄型制成符合高精度規(guī)格的陶瓷外殼，然后進(jìn)行熔模鑄造。
得益于人工智能輔助的數(shù)字化設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)師得以實(shí)現(xiàn)桌腿的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。最終鑄造而成的桌腿，精致但是堅(jiān)固而穩(wěn)定，并且去除了冗余的材料。
?新范式助力建筑的可持續(xù)發(fā)展
AI-Table 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目為最大限度地減少原材料，并實(shí)現(xiàn)高性能建筑帶來(lái)了啟示。將軟件算法整合到設(shè)計(jì)階段，并將3D打印整合到制造中的工作流程，將為建筑領(lǐng)域開辟完全不同的創(chuàng)意維度，帶來(lái)新的形式和材料自由度。
此外，項(xiàng)目中應(yīng)用的數(shù)字化設(shè)計(jì)及3D打印技術(shù)，為建筑界牢固樹立可持續(xù)性理念“繪制”了一個(gè)藍(lán)圖。AIRLAB 實(shí)驗(yàn)室的研究人員將3D打印+熔模鑄造作為傳統(tǒng)制造工藝的替代技術(shù)，將與生產(chǎn)相關(guān)的能源消耗降低 4% 到 21% 之間，最大的影響來(lái)自于原材料運(yùn)輸需求的顯著減少。在AIRLAB實(shí)驗(yàn)室還通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)實(shí)施結(jié)構(gòu)優(yōu)化，去除不必要的材料，從而減少材料浪費(fèi)。這一全新的方式，為改變當(dāng)前建筑范式帶來(lái)可能。
?voxeljet-維捷粘結(jié)劑噴射技術(shù)與建筑3D打印
為AI-Table 數(shù)字化項(xiàng)目提供3D打印技術(shù)支持的voxeljet-維捷，基于其粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)，為室內(nèi)外建筑模型、建筑結(jié)構(gòu)數(shù)字化制造注入了新力量。
l?PMMA 3D打印+熔模鑄造
voxeljet-維捷與從事藝術(shù)品鑄造的德國(guó)企業(yè)Strassacker 基于PMMA 鑄造模型3D打印開展了多項(xiàng)合作。在合作中，Strassacker使用voxeljet-維捷的3D打印服務(wù)來(lái)制造青銅鑄造模型。鑄造模打印完成后，voxeljet-維捷用蠟滲透模型，使表面更加平滑，然后將它們交付給Strassacker，通常交期在3-5天。
? voxeljet-維捷
這一工藝的特點(diǎn)是，不需要?jiǎng)?chuàng)建硅樹脂陰模，3D打印的PMMA 模型被直接浸入陶瓷中從而創(chuàng)建殼體，模型在700°C的爐中被燒盡，留下鑄造用的陶瓷模具。
3D打印PMMA 模型與熔模鑄造工藝相結(jié)合，為金屬鑄件開辟了全新的設(shè)計(jì)可能性，實(shí)現(xiàn)過(guò)去很多無(wú)法想象的復(fù)雜作品，以及在沒有原始設(shè)計(jì)文件的情況下，結(jié)合3D掃描等數(shù)字化技術(shù)對(duì)藝術(shù)品或建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行重建。除了快速制造3D打鑄造模型，鑄造的澆筑系統(tǒng)也可以通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)直接制造，這將節(jié)省鑄造時(shí)間，并得到一致的鑄造結(jié)果。
l?砂型3D打印
voxeljet-維捷粘結(jié)劑噴射技術(shù)另一種可用于建筑領(lǐng)域的材料為砂。這種砂型3D打印工藝，可混凝土澆筑應(yīng)用的模板表皮或整個(gè)模板。
3D打印天花板模板
? voxeljet-維捷
建筑模板是混凝土澆筑成形的模殼和支架，是一種臨時(shí)性支護(hù)結(jié)構(gòu)，按設(shè)計(jì)要求制作，使混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件按規(guī)定的位置、幾何尺寸成形，保持其正確位置，并承受建筑模板自重及作用在其上的外部荷載。
在建筑結(jié)構(gòu)中，墻壁需要以90°角（垂直）彼此定位。如果出現(xiàn)突出、彎曲或偏移的部分，都需要特殊的建筑模板，制造這種模板的傳統(tǒng)制造方式耗時(shí)耗力，而三維彎曲模板這樣的復(fù)雜建筑模板制作更是困難。粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)是制造建筑模板的新興技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)是快速、準(zhǔn)確的直接制造復(fù)雜建筑模板。
用于建筑立面結(jié)構(gòu)的3D模板
? voxeljet-維捷
通過(guò)voxeljet-維捷粘結(jié)劑噴射技術(shù)3D打印的模板元件可進(jìn)行后處理和優(yōu)化，以獲得理想的表面光潔度和抵抗施工現(xiàn)場(chǎng)外部天氣的能力，并可便捷的地與傳統(tǒng)模板系統(tǒng)（如木制模板系統(tǒng)）結(jié)合。尺寸不超過(guò)4 x 2 x 1米的模板元件可在無(wú)需工具的情況下進(jìn)行整體打印，所有像UHPC（超高性能混凝土）之類常見類型的混凝土皆可被加工。
voxeljet-維捷3D打印技術(shù)正逐漸在建筑行業(yè)站穩(wěn)腳跟，以快速、靈活的方式，助力設(shè)計(jì)師將創(chuàng)成式設(shè)計(jì)等數(shù)字化技術(shù)獲得的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。這種數(shù)字化設(shè)計(jì)與3D打印相結(jié)合的新范式將與建筑業(yè)碰撞出哪些火花，杭州博型科技將保持關(guān)注。
