voxeljet AG使用3D打印技术,为EMPA(瑞士联邦材料科学与技术实验室)的NEST项目(可持续建筑技术的下一步发展)中的研究项目DFAB House(数字化制造的房子)制作了高度复杂的模板。这涉及到一个78平方米的轻质混凝土板作为结构优化和功能集成的天花板板,并采用性能复杂的设计。在这样的项目中,使用粉末粘结剂喷射工艺的3D打印再次证明了其价值

在苏黎世的NEST,voxeljet再次证明了3D打印对于创建高度复杂的模板是多么有用。对于DFAB House项目(数字化制造的房子),苏黎世联邦理工学院的一个研究项目,作为数字制造瑞士国家研究能力中心(NCCR DFAB)的一部分,使用粉末粘合剂喷射工艺创建了136个模板元件。  使用的具体工艺是voxeljet的呋喃直接结合(FDB)工艺。一种3D打印技术,硅砂层与有机粘结剂(呋喃树脂)通过聚合作用选择性地结合在一起。

来自voxeljet的高度复杂的3D打印混凝土模板。

3D打印节省了时间、材料和成本

voxeljet的3D打印混凝土模板的安装。

智能板是DFAB之家的核心元素之一,该项目由苏黎世联邦理工学院数字建筑技术研究小组(DBT)在Benjamin Dillenburger教授博士的指导下,在EMPA的NEST中设计、规划和建造。这个大型项目的模板系统是由DBT团队设计的。该项目的目标是,展示基于优化的CAD数据的3D打印如何在施工现场节省资源。与柱子相比,板块需要更多的混凝土–实际上,一栋建筑总重量的80%可以只用于板块。节约的潜力也相应地很大。目标已经实现。在DFAB大楼里,板的重量只达到了每个点的静态要求。因此,与传统的施工方法相比,节省了60%以上的混凝土。对于这些高度复杂的三维弧形模板构件,使用粉末粘结剂喷射工艺的3D打印是理想的解决方案。”Smart Slab “旨在帮助建筑行业在未来建造更紧凑、更节省材料的结构,因为额外的功能,如灯插座、钻孔或洒水系统的开口,已经可以集成到3D打印的数据集中。

复杂形状的柔性和经济型模板方法

对于这个要求很高的项目,很多因素都支持3D打印单个模板元素。项目经理Mania Aghaei Meibodi博士介绍了这种方法的主要优势。”通过参数化模型,可以随时进行调整,而不需要额外的成本。如果改变三维形状,三维数据和3D打印可以很容易地调整。这使得我们可以根据承重墙的三维扫描,精确调整板块的几何形状。此外,现在可以制作非常复杂的几何形状,这在以前是无法实现的”。

利用voxeljet公司的VX4000–世界上最大的砂模3D打印系统,可以打印出4.00×2.00×1.00米的模板元件。当进行相应的后处理时,这些元件都可以承受100千牛/平方米的混凝土浇筑压力。由voxeljet为DFAB大楼打印的136个元素的总体积超过6000升。最大的元素体积约为70升。这些3D打印元件由voxeljet预制,并由苏黎世联邦理工学院灌注聚酯树脂。随后,这些元素被组装成7米长的模板,用于板块元素,并涂上脱模剂。在实际浇筑混凝土之前,涂抹了一层薄薄的纤维增强型喷射混凝土。最后,在支柱和混凝土浇筑中使用了激光切割木模板。因此,在脱模后,成品元件立即被直接运输到施工现场,并在那里进行组装

voxeljet的VX4000作业箱

结论:使用粉末粘结剂喷射的3D打印节省了时间、材料和金钱。从长远来看,3D打印模板的使用将彻底改变混凝土施工的广泛应用(模板、模板外皮、外墙等),并以前所未有的新颖设计为企业提供决定性的市场优势。

什么是粉末粘结剂喷射

粉末粘合剂喷射是一种快速成型制造工艺,它使用颗粒材料,如沙子或塑料。voxeljet 3D打印系统使用所谓的重涂器将粉末材料的薄层(150-300 µm)应用到建筑平台上。随后,高性能的打印头将粘结剂涂抹在所需组件的任何地方。这将选择性地粘合材料,以形成零件。然后,将构建平台降低一层厚度,再次涂抹粉末和粘结剂。这个过程重复进行,直到所需部件完成。3D打印的唯一前提条件是。必须有可打印的3D数据。之后,3D打印的模板可以和传统的混凝土模板一样使用。

用于建筑的3D打印

voxeljet为建筑和施工行业提供各种3D打印应用。这些应用包括:打印详细且极其逼真的建筑模型,为未来的建筑提供完美而准确的印象。此外,3D打印的复制品可以作为精确的模型,用于雕塑或历史遗迹的保护。最具创新性的应用之一是3D打印21毫米厚的模板皮,用于混凝土浇筑,可与传统木质模板相结合。voxeljet是世界上提供这一工艺的领先公司之一。

数字化建筑技术 / DFAB HOUSE(DFAB房屋)

苏黎世联邦理工学院的数字建筑技术研究小组(www.dbt.arch.ethz.ch)研究了数字设计和数字制造的强大相互作用,这在DFAB HOUSE中的智能板块(www.dfabhouse.ch/smart-slab)项目中得到了展示。DFAB HOUSE是瑞士国家研究能力中心(NCCR)数字制造在Empa和Eawag的NEST建筑上的合作示范。作为全功能建筑项目的一部分,来自苏黎世联邦理工学院8个教授职位的研究人员与行业专家和规划专业人士一起,以独特的方式探索和测试数字制造如何改变我们的设计和建造方式。

NCCR数字制造

独特的建筑项目 “Smart Slab “将混凝土的优良结构特性与3D打印的几何自由度相结合。通过该施工方法可以设计出高度优化的混凝土构件,并具有复杂的装饰结构。DFAB HOUSE中的Smart Slab将是第一个使用3D打印模板生产的真正规模的建筑项目。

智能板块项目是苏黎世联邦理工学院数字建筑技术小组(项目管理)、建筑材料物理化学教席和结构设计教席的合作项目。它将作为DFAB HOUSE项目的一部分,首次在杜本多夫的Empa和Eawag的模块化研究和创新建筑NEST上实施。

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