各位设计师,大家好!
位于比利时的坎普西创新中心(Kamp C),在近期完成了一座两层样板房的打印工作,该样板房仅约等于90平方米,并使用了欧洲最大的固定混凝土3D打印机。
在过去几年中,越来越多的设计师,愿意尝试3D打印、混凝土打印,这个独特的概念,尽管建成的建筑多为临时性建筑,但依然成为时下较为热门的建造方式,本期就来说说混凝土印刷工艺。
混凝土印刷工艺为我们的设计师,在设计建筑物时提供了高度的自由度。
什么是混凝土打印
混凝土3D打印是通过利用计算机分层建模并发出程序指令,工业机器人受控逐层重复铺设材料从而构建出自由形式的建筑结构。
工艺原理:将建筑的图形设计模型转化成三维的打印路径,利用打印系统将凝结时间短、强度发展快的混凝土精确分层布料,逐层叠加累积成型,实现免模板施工。
混凝土3D打印特点
01、智能化:
采用建筑构件及建筑的设计数字化模型技术,实现高精度连续分层布料。
02、免模板:
采用触变性好、凝结时间可控和强度发展快的混凝土,实现无模板布料逐层堆叠成型。
03、施工工期短,施工过程无污染:
当前3D打印机可在24小时内完成10栋200平方米的单层建筑。在建筑过程中,低扬尘、低噪声、低污染,并且还减少运输成本,使得建筑能耗大大降低。
04、可打印结构复杂的节点:
3D打印能够生产出高度数字化的具有复杂三维内部构造的构件。
05、材料成本低:
与传统的建筑相比,3D打印建筑一次成型,避免了返工和因尺寸差别而导致的材料切割所造成的浪费,节约了大量材料成本和人工成本。
建筑3D打印机与印刷工艺
混凝土3D打印系统
由混凝土输料系统、混凝土布料系统、打印路径控制系统组成。三个系统在计算机控制下协同工作,实现施工过程的智能化。
建筑3D打印机结构
建筑3D打印机:能使布料打印头按打印路径在3维空间移动的设备及控制系统。该设备的典型形式包括:笛卡尔直角坐标结构形式、极坐标布料机结构形式和关节式机械手臂结构形式。
布料打印头:混凝土3D打印布料头一般采用螺杆挤出的形式,具有挤出均匀,无脉冲的特点,能够实现墙体打印的平整性。
▲ 打印头形式 | 图源:混凝土杂志周工
控制软件:建筑3D打印控制软件主要实现输料智能控制、布料智能控制和打印路径控制。有别于树脂类小型3D打印机控制软件,其涉及机械设备、自动化控制、软件开发等多个专业技术领域。
▲ 图源:网络,仅供参考
什么是混凝土打印
混凝土3D打印施工工艺
主要分为5个步骤:混凝土配合比设计-混凝土制备-混凝土输送-布料打印成型-成品养护。
▲ 混凝土3D打印工艺流程图
图源:混凝土杂志周工
混凝土打印的“油墨”
在3D打印建筑中,干混砂浆将广泛地作为打印机的 “墨水”。3D打印建筑干混砂浆对于材料的要求同打印混凝土的要求相类似,都要求其具有良好的可塑性等性能。其性能要求:
▲ 建筑3D打印技术对材料的要求
图源:混凝土杂志周工
干混砂浆是将水泥、砂、矿物掺合料及功能性添加剂按照一定比例,在专业生产厂于干燥状态下均匀拌制、混合成的一种颗粒或粉状的混合物。
然后以干粉包装或散装的形式运至工地,按规定比例加水拌和后即可直接使用的干粉砂浆材料。干混砂浆由于其使用的方便性、灵活性等而受到工程界的青睐,近年来得到了越来越广泛的应用。
混凝土打印的应用
混凝土3D打印目前主要用以三个建筑领域:
第一个是土木工程和建筑。例如迪拜的一个项目,其中涉及高大的路柱,带有历经精心设计的楼梯以及马德里的人行天桥,是采用3D打印设计的八段式安装,然后将其作为预制件安装起来。
第二个是城市空间,包括人造珊瑚礁,花槽和迪拜抛光表面的长凳,还有一个公交车站,这些都可以依赖3D打印制造出“自由形状”。
第三个是历史和文化遗产保护。比如我国的3D打印石窟。
全球最大的3D打印建筑
▲ 迪拜政府大楼 / ApisCor
迪拜市政府用楼,将在建成之后成为世界上最大的3D打印建筑。其高达9.5米项目面积为640平方米,此项目由总部设在美国的Apis Cor公司来主持设计建造,而其结构也是在现场用3D打印技术直接建起的。
Apis Cor是建筑工程行业中第一家开发3D打印专用设备的公司,为迪拜市政府用楼建造完成了一座两层的行政大楼中的3D打印墙体结构。这创新的3D打印机使建筑结构可以直接现场建造,无需任何额外的组装工作,此项目面积延展640多平方米。
而这庞大的建筑占地,已经超过了Apis Cor的3D打印机静止状态下的最大打印面积。
可移动的3D打印装置通过起重机在场地进行移动定位,以此覆盖整个建造区域。事实上,3D打印整个建筑的墙体结构只需要3个工人和配套的机器装置。
此建筑项目的地基是传统的建筑结构,而墙壁是3D打印建造的。加固的方法是“用钢筋和普通混凝土来人工填充由3D打印的柱子模板”。
在这个项目中使用的3D打印材料,是由Apis Cor开发并在当地生产的一种基于石膏制成的混合物。
▲ 建成照片
德国第一座3D打印住宅楼