柱子的新衣--外墻元素的3D打印如何革新現(xiàn)代建筑

可視化和模型是建筑師或土木工程師說明建筑計(jì)劃、檢查功能或說服客戶的計(jì)劃設(shè)計(jì)的不可缺少的工具。雖然這種建筑模型過去是在耗時和成本密集的手工作業(yè)中制作的，但今天，現(xiàn)代CAD軟件解決方案與增材制造技術(shù)相搭配，為傳統(tǒng)的模型制作提供了方便、快捷和具有成本效益的選擇。特別是在不尋常的特殊項(xiàng)目中，詳細(xì)的可視化的優(yōu)勢就顯得尤為突出。在最真實(shí)的意義上。

來自斯圖加特附近的SL Rasch GmbH公司專門從事輕質(zhì)建筑和特殊結(jié)構(gòu)的工作。在全球范圍內(nèi)，該總承包商實(shí)施了獨(dú)特的輕質(zhì)建筑項(xiàng)目和特殊建筑，并確保，例如，麥地那的信徒在世界最大的可轉(zhuǎn)換屋頂下找到遮陽的保護(hù)，文化活動可以在任何天氣下進(jìn)行，或者世界上最大的塔鐘得到安全支持。不管是私人客戶還是公共客戶，生活質(zhì)量、舒適性和材料與能源消耗最小的可持續(xù)性是這家位于斯圖加特附近萊恩費(fèi)爾德恩-埃赫特丁根的施瓦本公司無所不在的信條。

對于每一個項(xiàng)目，公司都依靠科學(xué)和迭代過程來實(shí)現(xiàn)這一目的，在這個過程中，替代概念被反復(fù)比較、測試和優(yōu)化。而當(dāng)我們談及迭代時，這通常意味著反復(fù)使用原型和模型。

原則上，可視化的主題在我們公司和我們的項(xiàng)目中起著重要作用。我們希望從一開始就能讓客戶對我們的規(guī)劃設(shè)計(jì)有一個真實(shí)的想法，為此，除了3D可視化之外，我們還經(jīng)常創(chuàng)建經(jīng)典的、真實(shí)比例的模型。

Bj?rn Scharf, 設(shè)計(jì)師和經(jīng)理在SL Rasch舉辦的模型制作研討會

這也是一個柱子包層的情況。為了創(chuàng)造一個盡可能接近后期原作的模型，SL Rasch求助于voxeljet的粘合劑噴射技術(shù)。更準(zhǔn)確地說，是3D沙子打印。

加法而不是減法。為什么？

沙盤模型代表了項(xiàng)目計(jì)劃中的純實(shí)驗(yàn)性工作模型，以檢查執(zhí)行細(xì)節(jié)和可施工性，同時也為施工管理提供了詳細(xì)的說明。所選擇的工具，即3D打印，在交付時間、成本和幾何自由度等方面的得分特別高。

“我們決定采用砂型印刷，因?yàn)檫@里的表面處理與隨后的鋁砂鑄造最相似。此外，這種制造工藝為所需的模擬段尺寸提供了最佳性價(jià)比，”Scharf解釋說。”與其他制造工藝不同，增材制造還賦予我們在模型規(guī)劃中忽略底切或銳邊內(nèi)角的自由。”

模型的分層結(jié)構(gòu)使之成為可能。當(dāng)然，3D打印機(jī)所需要的是消耗品、石英砂和呋喃樹脂，以及用于構(gòu)建的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。這個數(shù)據(jù)集被系統(tǒng)軟件以數(shù)字方式切成數(shù)千層（所謂的 “切片”），然后在一個完全自動化的過程中逐層打印。在這個過程中，3D打印機(jī)使用一個所謂的重涂機(jī)將顆粒材料，如沙子或塑料，以150-300微米的細(xì)層涂在建筑平臺上。然后，一個高性能的打印頭在構(gòu)建區(qū)移動，并將粘合劑涂抹在粉末床上，而后創(chuàng)建所需的部件。這可以選擇性地將粉末材料粘合在一起。然后將構(gòu)建平臺降低一層厚度，再次施加粉末和粘合劑。重復(fù)這一過程，直到完成所需的組件。然后，組件被手動拆開包裝，從未印刷的材料中解放出來。

替代品是（不是）一種選擇

對于SL Rasch來說，3D打印的替代方案是使用5軸數(shù)控銑床進(jìn)行模型銑削。但增材制造和減材制造方法之間的價(jià)格差異有時是巨大的。在這個項(xiàng)目中，使用銑床的生產(chǎn)成本會高出10倍左右。

而SL Rasch GmbH公司通過選擇3D打印也能在交貨時間上節(jié)省不少。在一家公司提供的銑削比較報(bào)價(jià)下，部件的交付時間為40個工作日。然而，3D打印的模型只需10天就可以交付。這是一個對建筑項(xiàng)目有很大幫助的優(yōu)勢，可以盡早協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和計(jì)劃，驗(yàn)證相關(guān)的屬性，從而避免施工計(jì)劃和進(jìn)度延誤的風(fēng)險(xiǎn)。

為了盡可能地接近后來的柱子，這些柱子在SL Rasch的內(nèi)部模型車間被重新加工，以模仿后來鑄鋁的外觀。多次打磨、滲透、密封、噴漆和霧化確保了最終的外觀，令人信服。設(shè)計(jì)得到了批準(zhǔn)，并委托制作砂型鑄造的實(shí)際模具。

在未來也有關(guān)系？

增材制造在建筑業(yè)中的地位越來越高。無論是整個印刷房屋、混凝土澆注的模板元件，還是在模型建造中。隨著建筑空間和材料組合的增長，建筑業(yè)內(nèi)的應(yīng)用可能性也在增加。”目前我看到的唯一問題仍然是某些材料的壽命，特別是當(dāng)組件在使用前必須在施工現(xiàn)場存放一定時間。但這在未來幾年肯定也會發(fā)生變化。” 然而，在此之前，SL Rasch在未來將繼續(xù)依靠3D打印技術(shù)。”以真實(shí)的比例圖像實(shí)際看到建筑項(xiàng)目的各個部分，并以這種方式批判性地質(zhì)疑設(shè)計(jì)，這是一個巨大的幫助。” 誰知道呢，與其說是打印柱子，不如說3D打印本身就可能成為現(xiàn)代建筑業(yè)的一種。