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作(zuo)者︰ 來源︰ 時間︰2019/12/19 16:53

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隨著3D打印建築技術的不斷發(fa)展,其對整個建築行業的影響在不斷加深。日前,“世界首例原位3D打印雙層示範建築”在廣(guang)東成功完成主體(ti)結構(gou),意味著我國建築3D打印技術在某(mou)些(xie)應用(yong)方面已經超越國外同行,未(wei)來有望深入改變我們的生活。

兩(liang)層小(xiao)樓,7.2米高,一層層疊起的牆(qiang)體(ti),顏色灰突突的。在一棟棟摩天大廈拔地而起、眾多地標性建築彰顯特色的今天,這樣一棟小(xiao)樓,顯得很(hen)平常(chang)。

但是(shi),如果這棟小(xiao)樓是(shi)“3D打印”出來的呢?11月(yue)17日,中建二局(ju)廣(guang)東建設基地。一個高大的金屬(shu)框架(jia)立在地面,噴吐混凝土材(cai)料的“打印頭”懸掛其上,可以實(shi)現(xian)XYZ軸3個方向上的自由移動。此時,連續“噴墨”幾十個小(xiao)時的建築3D打印機已經完成了工(gong)作(zuo)——這棟其貌不揚的小(xiao)樓就是(shi)它(ta)的作(zuo)品(pin)。

小(xiao)樓有個響當當的名號——“世界首例原位3D打印雙層示範建築”。其特殊性在于(yu),它(ta)是(shi)一棟“原位3D打印”出來的建築,是(shi)一棟不用(yong)拼裝、在現(xian)場直接將主體(ti)打印成形的建築,也是(shi)一棟首zhuang)臥yun)用(yong)這項技術並(bing)成功完成的雙層建築。同時,這也意味著我國建築3D打印技術與國際同步(bu)發(fa)展,甚至在某(mou)些(xie)應用(yong)方面已經超越國外同行xiao)4誘飧黿jiao)度看,這棟小(xiao)樓不尋(xun)常(chang)。

3D打印技術誕生于(yu)上世紀(ji)90年(nian)代中期。一般(ban)認為,這是(shi)一種以數字模型文件為基礎,運(yun)用(yong)粉末(mo)狀(zhuang)金屬(shu)或(huo)塑料等可黏合材(cai)料,通過逐層打印的方式(shi)來構(gou)造物體(ti)的技術,在航空航天、醫(yi)療(liao)產(chan)業等領域都有應用(yong),而應用(yong)在建築方面還(huai)很(hen)少(shao)見(jian)。

中國建築技術中心材(cai)料工(gong)程(cheng)研究ke)suo)長(chang)助理霍亮liang)檣埽骸D打印建築的基本原理與一般(ban)打印機一樣,要有打印機體(ti)、噴頭、油墨、紙張(zhang)。”如果把(ba)建築四(si)周搭建的金屬(shu)框架(jia)視作(zuo)打印機的機體(ti),那麼噴吐混凝土的“打印頭”就相(xiang)當于(yu)打印機的噴頭。建築打印用(yong)的“油墨”可不是(shi)普通的混凝土,而是(shi)為打印施工(gong)特殊配(pei)制的打印材(cai)料。當然(ran),“紙張(zhang)”也十分重要。在施工(gong)前,工(gong)人在地下預埋鋼筋(jin),這就相(xiang)當于(yu)“紙張(zhang)”了。打印頭通過一圈一圈連續噴吐寬5厘米、厚2.5厘米的打印材(cai)料,經過層層堆積建造牆(qiang)面,不到(dao)30個小(xiao)時就能打印完佔地面積約(yue)120平方米的一層樓牆(qiang)面。而且在打印過程(cheng)中,隨著牆(qiang)體(ti)不斷升高,還(huai)需要按照圖紙加裝鋼筋(jin),使(shi)“紙張(zhang)”實(shi)現(xian)動態(tai)延伸。

且不說現(xian)場觀感,從技術層面描述建築的“打印”過程(cheng)也不復(fu)雜︰先是(shi)通過計算(suan)機軟(ruan)件完成模型分割(ge);接著將三維圖形信(xin)息轉化成打印路徑,同時計算(suan)出打印速(su)度;然(ran)後(hou)輸(shu)送泵將打印材(cai)料送至打印頭,打印頭再按照設定程(cheng)序進行三維走位,建築構(gou)件就被“打印”出來了。此次wei)蠐⊥瓿燒嫉孛婊yue)120平方米的一樓牆(qiang)面,用(yong)時不到(dao)30個小(xiao)時。

然(ran)而,新(xin)技術簡單易行的背後(hou)是(shi)科技力量的強(qiang)大支(zhi)撐。

一是(shi)打印材(cai)料不尋(xun)常(chang)。寬5厘米、厚2.5厘米的混凝土材(cai)料一層覆蓋一層,如果下層混凝土凝結慢(man),強(qiang)度不huai)唬 臀薹ㄖzhi)撐上層材(cai)料的重量,有可能導致(zhi)牆(qiang)面變形甚至垮塌;如果凝結得太(tai)快,每一層材(cai)料與上層材(cai)料的有效黏合又(you)難以實(shi)現(xian)。如何讓(rang)混凝土滿足(zu)3D打印建築的需求,本身就是(shi)個難題。“我們通過反(fan)復(fu)試驗,在普通混凝土中添加了外加劑,通過調節材(cai)料黏稠度和凝結時間,解(jie)決(jue)了這一問題。”霍亮說。

二是(shi)原位3D打印建築技術不尋(xun)常(chang)。客觀地看,在建築行業引入“3D打印”技術已有先例,但大部分應用(yong)都在工(gong)廠中完成。工(gong)廠打印出能夠組合拼裝成形的各種建築構(gou)件,然(ran)後(hou)搬運(yun)到(dao)建築所(suo)在地進行拼裝。而原位3D打印建造技術可以實(shi)現(xian)原位打印,即在現(xian)場直接將主體(ti)打印成形,無需二次拼裝,這需要克(ke)服戶外環境(jing)變化帶來的一系列挑戰。對此,施工(gong)人員在建築周邊裝備噴霧(wu)設施,用(yong)于(yu)打印中的保濕和打印後(hou)的混凝土養(yang)護。“飯要一口(kou)一口(kou)吃,樓要一層一層印。在一層牆(qiang)體(ti)打印完成後(hou),我們還(huai)需養(yang)護至少(shao)3天,確保材(cai)料強(qiang)度達(da)到(dao)可開展下階段施工(gong)的條件。”中建二局(ju)廣(guang)東建設基地有限(xian)公司總工(gong)程(cheng)師甦鎧說。

三是(shi)建造難度不尋(xun)常(chang)。此次實(shi)踐,他們采用(yong)輪廓(kuo)工(gong)藝,分內外兩(liang)層打印,打印出的牆(qiang)體(ti)是(shi)“空心”的,方便添加保暖填充物。而將這項技術成功運(yun)用(yong)到(dao)難度更大的雙層建築建造上,更是(shi)一種突破。

〔據新(xin)華網〕


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