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建筑3D打印到底有多远

FAB-UNION

作者:FabUnion

建筑与其他制造业存在根本的不同:无论是太阳镜,家具,家电,还是战斗机,没有其他生产过程能够像建筑一样将如此大量的物质集合起来,建造一个项目,然后再拖走大量垃圾。建筑的建造效率及其低下。模块化结构在减少浪费方面已展现出巨大潜力。但是,如果人们想要将复杂结构的建造更多而不是更少地在现场进行呢?

连接到机器人和无人机上的3D打印机正在展示他们可能具有将这种不羁的设想加以实现的丰富可能性。机器人或无人机与三维打印的结合能够保证效率,速度,可持续性和自动化水平,这种技术可以迅速成为21世纪的制造技术的常态。


建筑3D打印——发展动向导读

过去几年中,建筑3D打印领域的项目、研究和活动飞速发展。ELstudio收集了近20年来的所有重要项目,绘制出一张建筑3D打印项目的位置和时间地图。图中所示的项目均与建筑建造直接相关。从图中可以看出,3D打印建筑呈现快速发展趋势,并逐渐扩大全球覆盖范围。

近20年建筑3D打印项目图解

“零英里”的家(‘zero-mile’ homes)——天然材料3D打印

2012年,Massimo Moretti成立WASP(World’sAdvanced Saving Project)项目。该项目的重点是通过研究材料和3D打印系统促进3D打印的发展,他们相信3D打印技术能够创造一个更好的世界。他们的目标是建立一个3D打印机,使用在周边地区的天然材料,建立“零英里”的家(‘zero-mile’ homes),这将是低成本和低环境影响的解决世界住房问题的方式。这种打印机应该能够现场打印,因此它需要是便携式的并且具有低能量消耗,能够使用可再生能源像阳光,风和水。在目前的发展状况,原型是6米高,但最终他们的目标是达到12米的高度。该项目到目前为止是100%的自筹资金,WASP开发和销售的内部3D打印机和投资收益成为该项目的研究和开发。

采用本土材料的3D打印建筑原型(WASP)

3D打印建筑节点

跨国工程公司Arup在高难度的项目中利用3D打印技术制造钢结构部件。3D打印的钢结构件具有降低成本、减少浪费的潜力。通过使用增材制造可以更加高效率地制造大量复杂的设计独特的建筑构件。这对于降低成本和减少浪费有着巨大的正面影响。但最重要的是,这种方法有可能实现非常复杂的设计,从而不需要在后一阶段为了降低成本和制造难度而不得不简化设计。不过就目前而言,3D打印仍然比传统的制造方法更加昂贵。

3D打印节点(ARUP)

机器人3D打印基础设施

2015年夏天,MX3D发布了令人难以置信用多轴机器人3D打印人行天桥的计划,抢占了新闻头条。在接下来的2年里,MX3D将在阿姆斯特丹启动这一项目。这项工程只需要一台能够3D打印金属的6轴机器人。利用两个月的时间打印一座24英尺(约7米)长的步行拱桥。

这个雄心勃勃的计划是由荷兰著名设计师Joris Laarman领导的MX3D公司发起的。目前,MX3D公司的多轴机器人可以通过凝固金属液滴在三维空间里自由创作。如果成功,它将标志着3D打印大型基础设施的新纪元。如果可以3D打印一座桥,下一步呢?可能就是利用3D打印起重机打印一座摩天大楼了。一旦他们获得成功,必将彻底改变建筑行业的格局。

机器人打印桥梁(MX3D)

其他一系列机器人或无人机的3D打印项目同样展现了新的建筑建造方式的愿景。


Minibuilders——小机器人,大建筑

建筑和施工的一个问题在于,我们采用数字化设计方法,然后却往往只能进行人工建造,在它们之间存在很多效率低下的工作。为了解决这一问题,总部位于巴塞罗那的加泰罗尼亚先进建筑研究所(IAAC)的研究团队,在Sasa Jokic和Petr Novikov的带领下,开发出了一种可自主移动的3D打印机器人Minibuilders,这种机器人可以像建筑工人那样来回移动,构建大型物体,如建筑物等。

Minibuilders包括三种不同的机器人装置,每种机器人尺寸不大于42厘米。尽管其体积小,但它们能够打印几乎任何建筑物。据了解,这三种机器人,各自拥有不同的功能,可以在大型3D打印项目中进行分工协作。

基础(Foundation)机器人

这是进入施工现场的第一个机器人。它使用轨道以及带线的传感器四处走动,识别项目的大致轮廓。这种机器人举着打印头逐层堆积打印对象,打印头也随之升高,当打印对象的高度升到地基(Foundation)机器人接触不到的地方时,就轮到下一个机器人出场了。

抓取(Grip)机器人

这种机器人使用四个滚轮将自己夹在构建对象的顶部。每个滚轮都与旋转和转向致动器相连接,这样机器人可以很精确地将自己定位在打印对象指定的区域上,并开始3D打印。由于这个机器人需要在之前打印结构的上面作为固定自己的支撑,所以3D打印材料的干燥固化速度需要非常快,这样才能支持下一层的打印。为了加速材料的干燥固化,抓握(Grip)机器人还配置了加热器。一旦打印对象的结构和形状3D打印完成,最后一个机器人就出现了。

真空(Vacuum)机器人

这是MiniBuilder施工过程中最后一个上场的机器人。它使用一个真空的吸盘,以使自己附着到3D打印对象的表面上。这种机器人的目的是为了加强其已打印的结构。要做到这一点,它通过两条轨道在结构上反复上下移动,以几乎垂直于其他层的方式打印材料,为一些更大的物体提供结构支撑。

理论上,这些Minibuilders机器人能不受3D打印机身尺寸的限制打印出无限大的对象。


The Thread——无人机飞行建造

Minibuilders尝试减少设计和施工之间的分离。而伦敦建筑联盟(AA.DRL)教授Robert Stuart-Smith则尝试完全打破这种分离。Stuart-Smith的工作主要集中在通过后端编程和算法控制空中3D打印无人机,使它们能够自动修改和即兴创造设计。在他的设想中,无人机带着设计模版进入场地,通过一种自动决策机制,无人机能够根据场地情况改变设计,在他的项目中,一半以上的设计现场产生的。

The Thread项目以无人机作为现场实时建造的智能代理人(swarm)。该无人机依据环境的空间细节,以一个自主的方式进行建造。三维就地线编织是传统工厂纺织机器无法实现的。通过空中机器人在空间上适应任何场地和建设的能力,为建筑设计提供了新的机遇。The Thread设计研究张力结构元件如水平和垂直拉索的结构承受力,跨越大的空间距离,同时保持结构的完整性。它使用无人机自动在空间中安排线的位置,最终形成一个悬吊的几何茧形,看上去就像原始的机器人黄蜂的产物。

当然,机器人能够阅读和修改建筑师的设计,这种想法是建筑师的梦想,也可能成为建筑师的噩梦。


MUPPette——3D打印无人机

一个能够生产任何规模的对象的自动化移动3D打印平台目前尚不存在。世界各地都在努力扩大3D打印的尺度,人们怀有雄心壮志要利用这种技术来打印更大的物体,如汽车,房间,甚至住宅。每一项这种尝试都不得不努力增大X-Y-Z轴的尺寸限制。3D打印机的打印尺寸实际上是受到3D打印机的大小限制的。如果要打印一栋房子,你就需要一台比房子大的3D打印机(除非分开打印)。这就严重限制3D打印机尝试打印更大物体的能力,为了解决这一问题,Gensler建筑设计事务所的Tam Tran 和 Jared Shier设计了MUPPette 3D打印无人机项目。

MUPPette 3D打印无人机项目在SXSW RobotPetting Zoo首次亮相。无人机是具有X-Y-Z轴自由度的理想平台。飞行机器人与3D打印机的结合看上去像一个遥控玩具。六旋翼无人机搭载激光测距仪和GPS导航,用一种重力辅助型的螺旋材料挤出装置挤压混凝土,完成3D打印。

MUPPette初期的成功引导它的设计师思考这种建造方法的适用性。他们认为,理想状态下,3D打印可以使用一种可以同时是结构和表皮的材料,这是 现代主义以来建筑师的持久的梦想。这样的解决方案将实现现代建筑运动中包豪斯对形式和功能组织极简化的欲望,并带来额外的材料效率。同时3D打印结构和表皮也可以使建筑想树木一样有机生长。我们是否可以设想,未来的建筑建造就像生长出来一样从基地上出现。你不用搭脚手架,你所要做的只是——发送一台无人机。

随着3D打印技术不断涉足建筑领域,相信终有一天这些技术将颠覆建筑建造的方式,建造建筑的过程将像使用桌面三维打印机一样方便快捷。

资料来源于:


1条评论
迟到的旅行 2017-12-24 08:19:40 回复 0

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