詳細(xì)的混凝土外墻與工業(yè)3D打印。Voxeljet公司的磚塊
在金屬鑄造行業(yè),模具和型芯的3D打印幾乎已經(jīng)成為普遍現(xiàn)象?;炷翝沧⒎矫娴那闆r有些不同,但這種情況即將改變。這是因?yàn)槟0逶?D打印具有相當(dāng)大的潛力,特別是在生產(chǎn)復(fù)雜的、結(jié)構(gòu)化的和詳細(xì)的元件方面。voxeljet公司的石頭展示了當(dāng)你把3D打印、混凝土鑄造和建筑創(chuàng)意結(jié)合起來時(shí),會(huì)有什么可能。
你可能會(huì)認(rèn)為是幾個(gè)石匠花了幾個(gè)月的時(shí)間用實(shí)心石料雕刻出來的–但它的背后是一種非常不同的制造技術(shù):最先進(jìn)的3D打印。
而不是從固體中取出材料,復(fù)雜的形式被打印出來,隨后用液體混凝土填充。因此,該藝術(shù)品將最新的塑形技術(shù)與最先進(jìn)的高科技混凝土相結(jié)合,是建筑和施工中前所未有的應(yīng)用基礎(chǔ)。除了傳統(tǒng)方式難以形成的復(fù)雜弧度外,3D打印還特別適用于整個(gè)混凝土外墻或單個(gè)外墻元素。
3D打印作為一種增材制造工藝,幾乎每天都在征服各種行業(yè)的新應(yīng)用領(lǐng)域。走在最前面的是:voxeljet作為工業(yè)3D打印機(jī)的領(lǐng)先制造商。到目前為止,金屬鑄造廠一直是Voxeljet所提供的工藝的主要用戶。這是因?yàn)?D打印可以在最短的時(shí)間內(nèi)用沙子生產(chǎn)出高度復(fù)雜的模具和型芯,而且精度高。用戶可以節(jié)省整個(gè)工作步驟,如設(shè)計(jì)昂貴的模具工具,因?yàn)樯a(chǎn)3D打印的砂模和砂芯只需要一個(gè)CAD文件。然后Voxeljet服務(wù)中心按要求生產(chǎn)這些模具。
在3D打印的幫助下,建筑和施工行業(yè)的混凝土外墻
通過混凝土公司的石料,voxeljet展示了3D打印在建筑和建筑行業(yè)的新的可能應(yīng)用。就像金屬一樣,混凝土也可以被澆筑在砂印的模具中。根據(jù)不同的應(yīng)用和復(fù)雜程度,砂模的印刷可以創(chuàng)造出可重復(fù)使用的和丟失的模板。3D打印的優(yōu)勢(shì)在于無需工具、成本優(yōu)化的制造過程。voxeljet 3D打印系統(tǒng)可以在最短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出具有高度復(fù)雜幾何形狀的模具,而且精度驚人。使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法,這樣復(fù)雜的形狀只有通過大量的努力才能實(shí)現(xiàn),甚至完全不可能生產(chǎn)。
voxeljet認(rèn)為混凝土澆注在建筑和施工行業(yè)的未來應(yīng)用領(lǐng)域。外墻、室內(nèi)設(shè)計(jì)元素甚至家具都可以通過voxeljet的3D打印系統(tǒng)輕松實(shí)現(xiàn),藝術(shù)和設(shè)計(jì)行業(yè)的物品也是如此。voxeljet與Dade-Design Concrete works GmbH(高端混凝土設(shè)計(jì)和模具制造方面的領(lǐng)先專家)合作,在第一次試驗(yàn)中成功地生產(chǎn)了voxeljet公司的石頭,沒有出現(xiàn)任何問題。
由于3D打印的設(shè)計(jì)自由度,即使是高度復(fù)雜的幾何形狀,帶有暗槽和故意的不平整,也能順利實(shí)現(xiàn)。通過鑄造公司的石頭,我們能夠生產(chǎn)出傳統(tǒng)方式根本無法實(shí)現(xiàn)的幾何形狀。
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打印過程:從CAD文檔到完工的真實(shí)物體
最初只是CAD設(shè)計(jì)文檔。為了充分利用3D打印的優(yōu)勢(shì),voxeljet選擇了混合制造,結(jié)合打印模型和傳統(tǒng)元素。復(fù)雜的部分,標(biāo)志石的前面部分交由3D打印來完成。簡(jiǎn)單的幾何形狀,如直線型表面,則用傳統(tǒng)木模。
voxeljet公司標(biāo)志石的主要復(fù)雜部分在于從巖石結(jié)構(gòu)上凸顯出來的logo。利用 3D打印的手段,可以實(shí)現(xiàn)無限自由的設(shè)計(jì),即使是帶有倒扣和有意為之的凹凸幾何結(jié)構(gòu)也毫不費(fèi)力的予以實(shí)現(xiàn)。voxeljet市場(chǎng)應(yīng)用總監(jiān)Tobias King說:“公司標(biāo)志石的澆鑄案例,足以證明我們可以生產(chǎn)出用傳統(tǒng)鑄造手段無法實(shí)現(xiàn)的幾何結(jié)構(gòu)。
打印初始,CAD文檔加載到打印機(jī)系統(tǒng)中,模型被一體打印成型。標(biāo)志石的模型在voxeljet VX4000的打印機(jī)上進(jìn)行,僅一個(gè)晚上的時(shí)間就完成所有的打印任務(wù)。VX4000是目前世界上最大的工業(yè)級(jí)3D打印系統(tǒng),成型尺寸為4x2x1m(LxWxH)。在VX4000的平臺(tái)上鋪設(shè)一層僅為300μm層厚的砂子,之后打印頭有選擇性地噴涂粘結(jié)劑。打印任務(wù)結(jié)束之后,去除未粘結(jié)的砂子并用壓縮空氣進(jìn)行吹掃。 在準(zhǔn)備混凝土澆鑄之前,我們將模型浸入PU膠中用于封閉孔隙同時(shí)密封表面。
混凝土塊澆鑄
voxeljet公司的標(biāo)志石是建筑和建造行業(yè)3D打印可行性應(yīng)用的一個(gè)示范案例。和金屬澆鑄一樣,混凝土同樣可以澆到打印好的砂模中。根據(jù)應(yīng)用和幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度,可以用3D打印做出可重復(fù)使用的靠模以及一次性型芯。3D打印的優(yōu)勢(shì)在于它是一種無需工具,成本優(yōu)化的生產(chǎn)工藝。 voxeljet的3D打印系統(tǒng)可以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)生成出高精度的復(fù)雜幾何模型。而用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法,很難或者完全不可能生產(chǎn)出這類形狀復(fù)雜的模型。voxeljet看到了建筑和建造行業(yè)上混凝土澆筑應(yīng)用的巨大潛力。使用voxeljet的3D打印系統(tǒng),可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)外墻、室內(nèi)設(shè)計(jì)元素甚至家具的打印,同時(shí)該應(yīng)用也適用于藝術(shù)和設(shè)計(jì)領(lǐng)域。voxeljet與高端混凝土設(shè)計(jì)和模型制造的前沿企業(yè)Dade Design Concrete works GmbH就公司標(biāo)志石項(xiàng)目進(jìn)行了第一次的順利合作。
接著我們將后處理過的模型送到瑞士Dade Design,交由專業(yè)人員進(jìn)行澆鑄。為了更容易的去除澆鑄后的砂模, Dade Design在模型上使用了脫模劑。 Dade Design公司的負(fù)責(zé)人Andy Keel說:“盡可能方便的將模型,尤其是字母的模型從鑄件上取下來,且不對(duì)混凝土造成任何損壞,這一點(diǎn)非常的重要?!睂?duì)于Keel而言,“工業(yè)3D打印”是一種創(chuàng)新,開拓了混凝土模型制造的全新視野,3D打印可以讓我們使用全數(shù)字化生產(chǎn)流程,為我們節(jié)省了寶貴的時(shí)間和精力。
在打印的logo固化之后,Dade Design的第二步就是澆鑄剩余的石塊。為了實(shí)現(xiàn)這一目的,混凝土澆鑄人員采用了自密實(shí)混凝土UHPC(超高性能混凝土)。大約20個(gè)小時(shí)后,混凝土完全硬化,之后就可以小心的將模型取下。模型取下后,標(biāo)志石基本上就呈現(xiàn)出了和打磨之后一樣的品質(zhì)。在最后的拋光階段,Dade Design的員工將之稱為給混凝土化妝,拋光后的石頭表面均勻光滑?;炷凌T造的第一次測(cè)試結(jié)果就令人驚嘆。3D打印機(jī)制造商voxeljet通過最先進(jìn)的3D打印技術(shù)和高端工藝拓寬了傳統(tǒng)鑄件的視野?!霸谶^去的建筑中,那些不可思議的事情現(xiàn)在都可以通過3D打印和特殊研發(fā)的UHPC混凝土的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)”Keel補(bǔ)充道?,F(xiàn)在這塊帶有voxeljet logo的標(biāo)志石目前就擺放在voxeljet行政大樓的入口處。
進(jìn)一步的案例研究
在韓國光橋畫廊(Galleria Gwanggyo)獨(dú)特的外墻設(shè)計(jì)中,采用了三維打印和熔模鑄造技術(shù),為玻璃步道制作了數(shù)百個(gè)獨(dú)立的連接節(jié)。
用于建筑結(jié)構(gòu)元素的三維打印技術(shù)
三維打印與模板施工完美結(jié)合。voxeljet 為黑森林博物館的建筑增材制造設(shè)定了新標(biāo)準(zhǔn)。
西德爾之家
不可能想象沒有3D打印的建筑。
在3D打印的幫助下設(shè)計(jì)生活空間
在德國Grünwald的一棟辦公樓中,Deutsche Doka再次使用voxeljet的3D打印模板元件進(jìn)行混凝土澆注。在這里了解更多。