3D打印建筑的现实与未来

时间:2017-03-23    来源:中国BIM培训网     BIM编辑:wangh

  消息一:3月16日,在沙特国王萨勒曼的见证下,上海盈创建筑科技有限公司与沙特Almobty建筑集团签署合作备忘录,用沙特方式启动超百亿项目与盈创的合作。

  编者案:

  首先为盈创叫好,能出新闻也是建筑科技向前发展所需的推动力之一,盈创也应有其独到之处。但对于专业人士来讲仍需理性看待该新闻,该新闻是去年5月新闻的延续:

  2016年5月24日,全球首座3D打印办公楼在迪拜举行了开幕典礼,楼面面积达250平方米,是使用一台20英尺(6米)乘120英尺乘40英尺的打印机打印出来的,只用了17天就完成,成本仅14万美元,研究估计3D打印技术可将建筑时间缩短50%至70%,并节省50%至80%的劳动成本。

  问题有几点:

  1)笔者了解的情况该项目不是文字理解的在项目现场像打印机打印出来的,实际情况类似于装配式建筑在生产基地制造出来(只是生产设备和工艺有所不同),然后运输到项目地;

  2)该新闻中提到的是通过巨型打印设备实施的建筑打印,越大的设备系统越复杂,其成熟与完善不是一个简单的事情,笔者持保留观点。即使如此该设备的生产制造成本也是一个天文数字,必然需要足够多的市场才可支撑,这也是当前装配式建筑的核心困境,万科有足够量支撑,发展多年依然困难重重。

  消息二:2016年英帝国理工学院、伦敦大学学院和英国巴斯大学的研究人员对于未来3D打印借助BIM,再新添无人机双翼后,将在灾难安置房领域发挥的作用有了更高的期待。

  这种3D打印+无人机的技术被称为“空中添加建筑制造”(Aerial Additive Building Manufacturing),简称AABM。研究人员表示,他们希望通过AABM,实现:无人机搜集现场信息—将搜集到的信息提供给BIM软件—设计结构—使用具有3D打印功能的携带了打印材料的多架无人机进行建设。

  编者案:

  该课题研究经费为330万美金,研究周期为4年。

  在特殊灾难情况发生时,外援人员进不去,无人机的功能是侦察与收集环境信息,然后进行设备与物资的运输,让被困人员操作快速搭建安置房屋,而非新闻信息所传递好像无人机实施空中打印。

  什么是3D打印

  3D打印,是快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

  3D打印技术被誉为第三次工业革命的关键技术,它是通过数字技术材料打印机来实现的,通过三维扫描,CAD构图,然后用3D打印机把实物制造出来,3D打印技术的运用十分广泛,在模具制造、工业设计可以用于零件的直接制造,同时在建筑、工程与施工、航空航天、汽车等领域也都有所运用。

  3D打印的技术问题

  1.打印机的大小问题,打印的物品和打印机的大小是成正比的,如果说想要把房子打印出来的话,建造几十米的打印机不经济也不一定现实。

  2.打印精度的问题,现在的打印机的精度并不能满足我们住房的要求。

  3.成本问题,目前来说,高精度的3D打印机十分昂贵。

  4.打印时间的问题,一台打印机只是打印一朵玫瑰花就需要一个小时。

  5.打印材料的问题,当前3D打印机的材料有如下几类:

  工程塑料:ABS材料、PC材料(只有白色)、尼龙玻纤(强度低,抗能性好)

  光敏树脂:Somos Next材料(韧性好,精度和表面质量更精准)、树脂Somos 1122材料(防水性与稳定性)、Somos 19120材料(粉红色、铸造专用材料、低留灰烬和高精密)、环氧树脂(含灰极低、适用极其精密的快速铸造模型)

  橡胶类材料:硬度、拉伸强度、抗撕裂强度好

  金属材料(机械性能):钛金素、钴铬合金(强度高、耐腐蚀、耐热)、不锈钢(耐腐蚀、性价比高)

  陶瓷材料:高硬度、耐高温、低密度、耐腐蚀,易脆

  3D打印建筑的两种可能的解决方案

  1.建筑工程模块新材料的打印:即3D打印用于建造复杂结构,即建筑模块(Buildingblocks)

  而非整座建筑。对于模块建筑体系而言,3D 打印技术可以应用于独立单元的生产,并可在工厂内对模块内部进行装修布置,随后运输到现场通过吊装将模块连接为可靠的建筑整体。

  2.直接用3D打印机进行施工(AEC)模拟打印出整栋建筑:具体打印过程如下:先在待建房屋的空地上安装大型“打印”设备,该过程大概仅需要两三名工人几个小时时间。该设备外观类似两边有滑轨的巨大行车,根据房屋3 维设计图纸,稳定、均匀挤压混凝土,一层一层叠加“打印”与此同时机械手还能进行其他建筑材料的安装,甚至可以做像铺设瓷砖这样的精细活。

  3D打印建筑面临的难题

  1.研发具有较高抗拉强度、较强抗裂能力和塑性的复合材料,可以通过在混凝土基材中加入纤维材料和细骨料的方法来提高其抗拉强度和各项性能指标。

  2.采用两种打印材料,一种为受压材料,一种为受拉材料,打印时设置双打印头,在构件的受拉部位打印受拉材料,受压部位打印受压材料。两种打印材料之间必须具有良好的黏结性能,才能有效形成一个整体工作。

  3.采用受拉性能良好的模板,将受压材料打印在模板中。模板可以起到3个作用:一是支撑作用;二是作为受拉材料,起到类似于钢筋的作用;三是可以解决打印材料表面粗糙的问题。模板材料可以采用钢板或者受拉性能良好且有一定刚度的纤维材料。

  4.打印机械的研制,打印机械是实现3D打印建造技术的重要工具。打印机械的移动范围直接影响到可打印建筑的尺寸,打印喷头的性能直接影响到打印精度和打印效果。

  BIMer稳住了。硬件科技越成熟,BIM的用武之地将越大,不论是VR,还是AI,或者是3D建筑打印,BIM做的是城市或建筑编程,硬件体系的成熟才能让程序价值凸显。

  硬件科技要关注,核心还要练好BIM基本功,毕竟很少BIMer有机会成为硬件玩家的。

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