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行業(yè)新聞
智“繪”未來,3D打印建筑產(chǎn)品的定制之道
時間:2023-08-02    來源:一公院    分享:
西安一公院科技產(chǎn)業(yè)園圍墻大門3D打印建設(shè)項目現(xiàn)場,感受混凝土3D打印技術(shù)的魔力

說起3D打印,大家一定不陌生

該技術(shù)在塑料、金屬等

材料領(lǐng)域的應(yīng)用相對成熟

相信大家也見過相關(guān)打印產(chǎn)品

但是在建筑領(lǐng)域卻并不多見

今年年初的科幻大片《流浪地球2》中

出現(xiàn)過利用3D打印技術(shù)建立月球基地的場景

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從材料、裝備、系統(tǒng)、路徑設(shè)計等
關(guān)鍵技術(shù)入手

將“科幻”照進現(xiàn)實

今天,小編帶你走進

位于西安的一公院科技產(chǎn)業(yè)園

圍墻大門3D打印建設(shè)項目現(xiàn)場

共同感受混凝土3D打印技術(shù)的魔力

2.png科技產(chǎn)業(yè)園效果圖


該項目利用3D打印技術(shù)為科技產(chǎn)業(yè)園“打印”出769根形態(tài)各不相同的立柱,組成長304米的圍墻,以及4座由200多塊預(yù)制構(gòu)件組成的門房,總打印量達300噸,總打印時長約625小時,是國內(nèi)少有的大型3D打印建設(shè)項目。


通常來說

3D打印技術(shù)共分5步實施:
建模、切片、路徑規(guī)劃
程序編譯、打印建造

要在建模軟件中建立數(shù)字化3D模型
通過切片軟件獲得每一層的輪廓信息
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3-1.jpg

再根據(jù)每一層的內(nèi)外輪廓

進行平面路徑填充

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最后將打印數(shù)據(jù)信息輸入3D打印機

實現(xiàn)3D打印建造

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過程看似簡單
然而,在實際工程建造中
使用混凝土材料的3D打印技術(shù)
卻困難重重
看看如何解決?


01

絲滑走位

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在本項目中

異形的圍墻立柱屬于薄壁結(jié)構(gòu)

如果按照常規(guī)的打印路徑設(shè)計流程

由于建模邏輯和切片過程中

容易出現(xiàn)模型缺陷

極易導(dǎo)致打印路徑不流暢

圍墻立柱形態(tài)特征丟失

嚴重影響打印精度

圍墻立柱的質(zhì)量和美觀度將大打折扣

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于是,“空間打印路徑規(guī)劃算法”應(yīng)運而生

采用參數(shù)化設(shè)計

跳過建模切片環(huán)節(jié)

直接生成連續(xù)流暢的空間路徑

從數(shù)據(jù)根源上提高打印精度

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(紅色線條為常規(guī)流程導(dǎo)出路徑,藍色線條為新算法導(dǎo)出路徑)

打印“畫筆”的走位

是不是看起來“絲滑”了許多?


02

立柱不倒

由于高2.2米的異形立柱存在懸挑扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

加之中空壁薄

一旦打印過程中出現(xiàn)

結(jié)構(gòu)重心偏移過大

立柱就會倒塌

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為解決這一難題

設(shè)計師利用重心同軸優(yōu)化技術(shù)

在結(jié)構(gòu)造型基本不變的情況下

通過細微調(diào)整打印路徑

保證打印過程立柱結(jié)構(gòu)重心

始終在固定軸線上

就像專業(yè)舞者在旋轉(zhuǎn)過程中

只要控制重心在身體垂直線上

就可以一直不倒、穩(wěn)穩(wěn)站立

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03


化整為零

由于門房結(jié)構(gòu)整體較大、造型復(fù)雜
3D打印不可能一次性整體成型

只能是分塊單獨打印到現(xiàn)場拼裝

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這樣,不僅要考慮每個構(gòu)件之間的連接

還要考慮構(gòu)件3D打印的可行性

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這時就輪到“模型自適應(yīng)分塊算法”出場了

只要在程序中輸入構(gòu)件的限制參數(shù)

便自動將模型拆分成

一塊塊能夠?qū)崿F(xiàn)3D打印的構(gòu)件


04

層厚可調(diào)

對于某些復(fù)雜構(gòu)件

不適用等厚度切片

比如,項目中門房打印部分的

大尺度曲面懸挑預(yù)制構(gòu)件

雖仍采用平面切片

但打印面傾斜角度需要逐漸增大

以實現(xiàn)懸挑造型

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門房多向節(jié)點連接預(yù)制構(gòu)件
則采用曲面進行模型切片

以實現(xiàn)特殊構(gòu)造

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兩種切片方式涉及的“非均勻?qū)臃e”打印技術(shù)

突破了混凝土等層厚打印的技術(shù)瓶頸

讓打印“畫筆”的路線、粗細更自由


05

變速打印

“非均勻?qū)臃e”打印技術(shù)的實現(xiàn)
還需要打印參數(shù)的控制配合
類似做蛋糕擠奶油的過程
打印過程中的“泵速”
相當(dāng)于擠奶油的“力道”
要想擠出的奶油達到預(yù)想效果
就要協(xié)調(diào)好奶油擠出的

“力道”和“速度”

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在混凝土3D打印過程中
對于等厚度打印
只要預(yù)設(shè)固定的“力道”和“速度”參數(shù)
就能得到固定的打印條寬和預(yù)期效果
但若想實現(xiàn)“非均勻?qū)臃e”厚度打印
就要在打印過程中

不斷調(diào)整材料擠出的“力道”和“速度”

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這時,“打印條寬參數(shù)化預(yù)控策略”
就顯得尤為重要
在打印程序中通過預(yù)設(shè)協(xié)調(diào)參數(shù)
無需人工實時調(diào)整參數(shù)
實現(xiàn)復(fù)雜造型



擁有高新技術(shù)的加持
科技產(chǎn)業(yè)園圍墻和大門的3D打印
實現(xiàn)了智能化、自動化、無?;?/span>
少人工、低成本、高精度
3D打印設(shè)備
就像一支神奇的畫筆
“旋轉(zhuǎn)跳躍不停歇”
實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)模型1:1的完美復(fù)刻

將童話故事里馬良的“神筆”變成現(xiàn)實

未來
期待“神筆3D”在我們的生活中
自由繪制出更多個性化的建筑產(chǎn)品
繼續(xù)推動基礎(chǔ)設(shè)施建造技術(shù)的
綠色化、工業(yè)化與智能化升級

服務(wù)我們的美好生活


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