(不是)只是另一堵墻的印刷品
3D打印與建筑的結(jié)合已不再是一件新鮮事。增材制造為建筑師提供的優(yōu)勢(shì)也廣為人知。復(fù)雜的幾何形狀可以更容易實(shí)現(xiàn),成本可以節(jié)省,功能可以直接集成到設(shè)計(jì)和施工計(jì)劃中。
然而,這種功能的整合還可以走得更遠(yuǎn)。由兩位瑞典創(chuàng)新建筑師大衛(wèi)-安德林和安娜-戈德亞領(lǐng)導(dǎo)的隆德大學(xué)的項(xiàng)目–Meristem墻,在不影響美學(xué)的情況下將功能提升到一個(gè)新的水平。
Meristem墻--向3D打印建筑致敬
當(dāng)科學(xué)、創(chuàng)新和創(chuàng)意相遇時(shí),三駕馬車被釋放出來,在已知和測(cè)試之外尋求功能整合的潛力。Meristem墻,建筑師Ana Goidea和David Andreen的項(xiàng)目,正是體現(xiàn)了這種三駕馬車,并作為3D打印建筑的前瞻性虛擬性的象征。
對(duì)增材制造的長(zhǎng)期迷戀是促使大衛(wèi)和安娜創(chuàng)造出全新的、前所未有的東西的動(dòng)力之一。一個(gè)整體的建筑,不僅包括功能性部件,如電線和水流的管道,而且還有一個(gè)優(yōu)化的表面,作為城市野生動(dòng)物的棲息地,以及一個(gè)高度復(fù)雜的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò),允許墻體在受控的情況下 “呼吸”。一個(gè)如此復(fù)雜和如此創(chuàng)新的項(xiàng)目完全適合增材制造。
雖然3D打印建筑是當(dāng)今的一個(gè)熱門話題,但幾乎所有的商業(yè)應(yīng)用都集中在效率、速度和降低成本上。我們相信,3D打印在建筑業(yè)中可以起到革命性的作用,但這需要對(duì) "什么 "以及 "如何 "進(jìn)行全面的反思。
David Andreen,建筑師
他的合作伙伴Ana Goidea補(bǔ)充說。”利用3D打印等技術(shù)創(chuàng)造復(fù)雜而獨(dú)特的形式和幾何形狀的能力,為美學(xué)、高效和令人難以置信的功能性建筑開辟了一個(gè)全新的領(lǐng)域。而這正是我們想通過Meristem墻展示的東西。”
流行。復(fù)雜、獨(dú)特、實(shí)用
將今天的建筑與20年前的建筑相比較,基本上是一樣的,就像將20年前的手機(jī)與今天的智能手機(jī)相比較。兩者都是在一個(gè)完全不同的聯(lián)盟中進(jìn)行比賽。
“3D打印給建筑業(yè)帶來了兩個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì):創(chuàng)建形式上高度復(fù)雜的部件的能力,以及生產(chǎn)的每個(gè)部件都可以是獨(dú)一無二的。安娜解釋說:”通過儲(chǔ)存熱量和濕度、通過對(duì)流驅(qū)動(dòng)氣流以及類似的機(jī)制,創(chuàng)造被動(dòng)地利用當(dāng)?shù)匚夂虻慕ㄖo(hù)結(jié)構(gòu)成為可能。
通過結(jié)合這兩個(gè)優(yōu)勢(shì),今天的建筑師有可能真正跳出盒子思考。Meristem展示了創(chuàng)造結(jié)構(gòu)的可能性,它不僅支持房屋的建造,而且還影響房屋內(nèi)部和周圍的氣候,而不是字面上的建造一堵墻。
總而言之,Meristem墻包含了以下功能。
- 對(duì)自重的結(jié)構(gòu)性支持(可擴(kuò)展以承載額外的負(fù)荷)
- 使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的綜合電力和照明設(shè)備
- 使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的集成水管(PEX管)。
- 窗戶
- 分布式通風(fēng)系統(tǒng),控制蓄熱和內(nèi)部濕度水平。用于控制的嵌入式執(zhí)行器和傳感器,沒有移動(dòng)部件。
- 雨水徑流
- 一個(gè)外墻區(qū),作為多樣化的野生動(dòng)物棲息地。
- 空氣過濾
- 內(nèi)部織物表面
創(chuàng)作過程
安娜和大衛(wèi)已經(jīng)在這個(gè)項(xiàng)目上工作了兩年多。在數(shù)字方面,這面墻是在隆德的bioDigital matter實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建的,它是基于Ana和David開發(fā)的一系列復(fù)雜算法和設(shè)計(jì)過程。
許多建筑探索往往只依賴一種算法,最終這些項(xiàng)目被限制在這種算法的邏輯中,限制了復(fù)雜性和功能性的可能性。大衛(wèi)和安娜努力尋求一種方法,使墻在功能、表達(dá)和現(xiàn)有的建筑行業(yè)中遵循自己的邏輯,從一個(gè)確定的起點(diǎn)開始。為了做到這一點(diǎn),他們需要大量的算法,相互連接并傳遞信息。在現(xiàn)代建模軟件和兩位建筑師的定制編程的幫助下,Meristem墻開始塑造并挑戰(zhàn)硬件和軟件的極限。但最終,CAD數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好用于3D打印。
這里等待著下一個(gè)挑戰(zhàn)。這面墻的最大尺寸為1.25 x 2.1 x 0.7米,對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)有的增材制造系統(tǒng)來說都太大了。最后,voxeljet公司的VX4000被指定為創(chuàng)建墻體的正確3D打印機(jī),其建筑包絡(luò)線為4 x 2 x 1米。
“我們面臨的主要挑戰(zhàn)是精細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管道的高度復(fù)雜性。由于我們是在沙床上打印,這意味著在打印過程結(jié)束后,我們必須從粘合的結(jié)構(gòu)中清除所有未打印的沙子。因此,當(dāng)我們打印帶有空腔的結(jié)構(gòu)時(shí),這意味著它們總是充滿了未打印的沙子”,voxeljet的產(chǎn)品經(jīng)理Tobias Gruen解釋說。”為了緩解這種拆包和整理過程,我們打印了21個(gè)獨(dú)立的零件,這使得零件的整理和處理變得更加容易。David和Ana在合適的交叉點(diǎn)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了切片,這樣部件就可以在以后進(jìn)行組裝了。對(duì)我們來說,這是一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn),探索我們可以打印和處理多薄的絲狀結(jié)構(gòu)。通過這個(gè)項(xiàng)目,我們真正測(cè)試了我們技術(shù)的復(fù)雜性的界限”。
由于voxeljet粘結(jié)劑噴射技術(shù)最初是為金屬鑄造而開發(fā)的,所以打印出來的零件并不是為最終使用的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。而且,由于Meristem墻將在幾周后在威尼斯雙年展上展出,它們需要更強(qiáng)大、更耐用。
Sandhelden,一家位于奧格斯堡附近的公司,正是專門從事這一工作。轉(zhuǎn)移適合并準(zhǔn)備用于最終用途的3D沙打印部件,如設(shè)計(jì)元素、建筑部件、室內(nèi)建筑、衛(wèi)生用品或藝術(shù)。
我以前從未見過這樣的項(xiàng)目,所以對(duì)我們來說,這確實(shí)是學(xué)習(xí)和測(cè)試極限的過程。我們對(duì)3D打印部件的個(gè)別后期處理非常專業(yè)。例如,我們創(chuàng)造了很多人道主義設(shè)計(jì)產(chǎn)品、雕塑或模具。但是,Meristem墻對(duì)我們來說是一個(gè)完全不同的挑戰(zhàn),在尺寸和應(yīng)用方面是全新的東西。
Laurens Faure, CEOSandhelden
為了加強(qiáng)部件的穩(wěn)定性和抗拉強(qiáng)度,Sandhelden用環(huán)氧樹脂對(duì)部件進(jìn)行了深度浸潤(rùn)。由于壁厚只有0.5毫米,這些部件非常敏感,容易斷裂。滲透使部件具有更高的強(qiáng)度,以避免在運(yùn)輸?shù)酵崴沟倪^程中出現(xiàn)斷裂,并在展示時(shí)保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。
“我們花了大約3天時(shí)間用環(huán)氧樹脂完全覆蓋墻壁,但最后,我們可以說對(duì)最終結(jié)果非常滿意。特別是3D混凝土打印目前是建筑業(yè)和一般建筑的一個(gè)非常大的話題。雖然相當(dāng)經(jīng)典的外墻是這種技術(shù)的理想選擇,但一旦出現(xiàn)稍微復(fù)雜的幾何形狀或細(xì)節(jié),混凝土打印就不再是一個(gè)好的匹配。這正是我們看到粘合劑噴射技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。大型部件可以以非常高的精度和準(zhǔn)確性進(jìn)行打印,即使是非常細(xì)小的細(xì)節(jié)。這種精度顯然足以滿足市場(chǎng)的需求。因此,粘合劑噴射技術(shù)特別適用于所有的元素,這些元素要么不能用經(jīng)典的制造工藝生產(chǎn),要么只能用大量的工作和成本來實(shí)現(xiàn)。”
“這個(gè)項(xiàng)目的雄心是要證明今天可以用這些技術(shù)制作一個(gè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu),而且由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)可以比傳統(tǒng)的墻體有顯著的附加值。” David總結(jié)道。”3D打印可以為建筑業(yè)指明一條道路,為3D打印建筑創(chuàng)造重要的市場(chǎng)機(jī)會(huì),這些建筑具有豐富的表現(xiàn)力和功能,并具有生態(tài)可持續(xù)性。”
Meristem墻是獨(dú)一無二的。這是肯定的。它的設(shè)計(jì)方式是獨(dú)特的,它的制造和后期處理方式是獨(dú)特的,它的所有功能和能力也是獨(dú)特的。它是一切,而不是 “僅僅是另一個(gè)墻的打印”。這也是為什么大衛(wèi)和安娜將繼續(xù)探索生成設(shè)計(jì)和增材制造在建筑領(lǐng)域的前沿,甚至可能將Meristem墻從一個(gè)獨(dú)特的作品發(fā)展成一個(gè)產(chǎn)品。
David Andreen是生物數(shù)字物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人,該實(shí)驗(yàn)室是隆德大學(xué)建筑系的一個(gè)研究室和分支。他從事建筑和環(huán)境工程已經(jīng)超過16年,并在隆德大學(xué)擔(dān)任教學(xué)職務(wù)。
Ana Goidea在加拿大多倫多的瑞爾森大學(xué)開始了她的建筑學(xué)習(xí),然后在2011年轉(zhuǎn)到米蘭的大學(xué)。她在哥本哈根的丹麥皇家美術(shù)學(xué)院完成了她的建筑碩士學(xué)位。自2019年起,她作為博士生在David Andreen團(tuán)隊(duì)的生物數(shù)字物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室工作。
關(guān)于bioDigital matter實(shí)驗(yàn)室
bioDigital matter是一個(gè)研究實(shí)驗(yàn)室,探索生物學(xué)、設(shè)計(jì)和計(jì)算相互交織的現(xiàn)實(shí)情況。他們是尋求一個(gè)完全不同的未來的建筑師,在那里,自組織和涌現(xiàn)的原則通過控制論、有機(jī)物質(zhì)性和適應(yīng)性來塑造我們的建筑環(huán)境:建筑的互動(dòng)系統(tǒng)生成。
關(guān)于Sandhelden
Sandhelden是一家德國(guó)制造商,生產(chǎn)由沙子制成的浴室產(chǎn)品。此外,該公司還為國(guó)際設(shè)計(jì)師和藝術(shù)家生產(chǎn)高質(zhì)量的設(shè)計(jì)物品和藝術(shù)品,以及為建筑公司生產(chǎn)技術(shù)部件。整個(gè)產(chǎn)品系列都是在德國(guó)制造的。質(zhì)量符合最高標(biāo)準(zhǔn)。通過專門開發(fā)的基于工業(yè)3D打印工藝的制造流程,可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中不可行的形狀。根據(jù)公司的座右銘 “改變觀念”,Sandhelden正在通過3D打印和后處理材料,改變?nèi)藗儗?duì)天然沙子的看法,使其成為耐用和可持續(xù)的物體。
更多案例研究
用于建筑結(jié)構(gòu)元素的三維打印技術(shù)
在韓國(guó)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)。
西德爾之家
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)。