柱子的新衣--外墙元素的3D打印如何革新现代建筑

可视化和模型是建筑师或土木工程师说明建筑计划、检查功能或说服客户的计划设计的不可缺少的工具。虽然这种建筑模型过去是在耗时和成本密集的手工作业中制作的,但今天,现代CAD软件解决方案与增材制造技术相搭配,为传统的模型制作提供了方便、快捷和具有成本效益的选择。特别是在不寻常的特殊项目中,详细的可视化的优势就显得尤为突出。在最真实的意义上。

来自斯图加特附近的SL Rasch GmbH公司专门从事轻质建筑和特殊结构的工作。在全球范围内,该总承包商实施了独特的轻质建筑项目和特殊建筑,并确保,例如,麦地那的信徒在世界最大的可转换屋顶下找到遮阳的保护,文化活动可以在任何天气下进行,或者世界上最大的塔钟得到安全支持。不管是私人客户还是公共客户,生活质量、舒适性和材料与能源消耗最小的可持续性是这家位于斯图加特附近莱恩费尔德恩-埃赫特丁根的施瓦本公司无所不在的信条。

对于每一个项目,公司都依靠科学和迭代过程来实现这一目的,在这个过程中,替代概念被反复比较、测试和优化。而当我们谈及迭代时,这通常意味着反复使用原型和模型。

原则上,可视化的主题在我们公司和我们的项目中起着重要作用。我们希望从一开始就能让客户对我们的规划设计有一个真实的想法,为此,除了3D可视化之外,我们还经常创建经典的、真实比例的模型。

Björn Scharf, 设计师和经理在SL Rasch举办的模型制作研讨会

这也是一个柱子包层的情况。为了创造一个尽可能接近后期原作的模型,SL Rasch求助于voxeljet的粘合剂喷射技术。更准确地说,是3D沙子打印。

加法而不是减法。为什么?

沙盘模型代表了项目计划中的纯实验性工作模型,以检查执行细节和可施工性,同时也为施工管理提供了详细的说明。所选择的工具,即3D打印,在交付时间、成本和几何自由度等方面的得分特别高。

“我们决定采用砂型印刷,因为这里的表面处理与随后的铝砂铸造最相似。此外,这种制造工艺为所需的模拟段尺寸提供了最佳性价比,”Scharf解释说。”与其他制造工艺不同,增材制造还赋予我们在模型规划中忽略底切或锐边内角的自由。”

模型的分层结构使之成为可能。当然,3D打印机所需要的是消耗品、石英砂和呋喃树脂,以及用于构建的数字数据集。这个数据集被系统软件以数字方式切成数千层(所谓的 “切片”),然后在一个完全自动化的过程中逐层打印。在这个过程中,3D打印机使用一个所谓的重涂机将颗粒材料,如沙子或塑料,以150-300微米的细层涂在建筑平台上。然后,一个高性能的打印头在构建区移动,并将粘合剂涂抹在粉末床上,而后创建所需的部件。这可以选择性地将粉末材料粘合在一起。然后将构建平台降低一层厚度,再次施加粉末和粘合剂。重复这一过程,直到完成所需的组件。然后,组件被手动拆开包装,从未印刷的材料中解放出来。

替代品是(不是)一种选择

对于SL Rasch来说,3D打印的替代方案是使用5轴数控铣床进行模型铣削。但增材制造和减材制造方法之间的价格差异有时是巨大的。在这个项目中,使用铣床的生产成本会高出10倍左右。

而SL Rasch GmbH公司通过选择3D打印也能在交货时间上节省不少。在一家公司提供的铣削比较报价下,部件的交付时间为40个工作日。然而,3D打印的模型只需10天就可以交付。这是一个对建筑项目有很大帮助的优势,可以尽早协调设计和计划,验证相关的属性,从而避免施工计划和进度延误的风险。

为了尽可能地接近后来的柱子,这些柱子在SL Rasch的内部模型车间被重新加工,以模仿后来铸铝的外观。多次打磨、渗透、密封、喷漆和雾化确保了最终的外观,令人信服。设计得到了批准,并委托制作砂型铸造的实际模具。

在未来也有关系?

增材制造在建筑业中的地位越来越高。无论是整个印刷房屋、混凝土浇注的模板元件,还是在模型建造中。随着建筑空间和材料组合的增长,建筑业内的应用可能性也在增加。”目前我看到的唯一问题仍然是某些材料的寿命,特别是当组件在使用前必须在施工现场存放一定时间。但这在未来几年肯定也会发生变化。” 然而,在此之前,SL Rasch在未来将继续依靠3D打印技术。”以真实的比例图像实际看到建筑项目的各个部分,并以这种方式批判性地质疑设计,这是一个巨大的帮助。” 谁知道呢,与其说是打印柱子,不如说3D打印本身就可能成为现代建筑业的一种。

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