說起3D打印，大家一定不陌生
該技術在塑料、金屬等
材料領域的應用相對成熟
相信大家也見過相關打印產(chǎn)品
但是在建筑領域卻并不多見
今年年初的科幻大片《流浪地球2》中
出現(xiàn)過利用3D打印技術建立月球基地的場景
從材料、裝備、系統(tǒng)、路徑設計等
關鍵技術入手
將“科幻”照進現(xiàn)實
今天，小靜帶你走進
位于西安的一公院科技產(chǎn)業(yè)園
圍墻大門3D打印建設項目現(xiàn)場
共同感受混凝土3D打印技術的魔力
科技產(chǎn)業(yè)園效果圖
該項目利用3D打印技術為科技產(chǎn)業(yè)園“打印”出769根形態(tài)各不相同的立柱，組成長304米的圍墻，以及4座由200多塊預制構件組成的門房，總打印量達300噸，總打印時長約625小時，是國內少有的大型3D打印建設項目。
通常來說
3D打印技術共分5步實施：
建模、切片、路徑規(guī)劃
程序編譯、打印建造
首先
要在建模軟件中建立數(shù)字化3D模型
通過切片軟件獲得每一層的輪廓信息
再根據(jù)每一層的內外輪廓
進行平面路徑填充
最后將打印數(shù)據(jù)信息輸入3D打印機
實現(xiàn)3D打印建造
過程看似簡單
然而，在實際工程建造中
使用混凝土材料的3D打印技術
卻困難重重
看看如何解決？
絲滑走位
在本項目中
異形的圍墻立柱屬于薄壁結構
如果按照常規(guī)的打印路徑設計流程
由于建模邏輯和切片過程中
容易出現(xiàn)模型缺陷
極易導致打印路徑不流暢
圍墻立柱形態(tài)特征丟失
嚴重影響打印精度
圍墻立柱的質量和美觀度將大打折扣
于是，“空間打印路徑規(guī)劃算法”應運而生
采用參數(shù)化設計
跳過建模切片環(huán)節(jié)
直接生成連續(xù)流暢的空間路徑
從數(shù)據(jù)根源上提高打印精度
（紅色線條為常規(guī)流程導出路徑，
藍色線條為新算法導出路徑）
打印“畫筆”的走位
是不是看起來“絲滑”了許多？
立柱不倒
由于高2.2米的異形立柱存在懸挑扭轉結構
加之中空壁薄
一旦打印過程中出現(xiàn)
結構重心偏移過大
立柱就會倒塌
為解決這一難題
設計師利用重心同軸優(yōu)化技術
在結構造型基本不變的情況下
通過細微調整打印路徑
保證打印過程立柱結構重心
始終在固定軸線上
就像專業(yè)舞者在旋轉過程中
只要控制重心在身體垂直線上
就可以一直不倒、穩(wěn)穩(wěn)站立
化整為零
由于門房結構整體較大、造型復雜
3D打印不可能一次性整體成型
只能是分塊單獨打印到現(xiàn)場拼裝
這樣，不僅要考慮每個構件之間的連接
還要考慮構件3D打印的可行性
這時就輪到“模型自適應分塊算法”出場了
只要在程序中輸入構件的限制參數(shù)
便自動將模型拆分成
一塊塊能夠實現(xiàn)3D打印的構件
層厚可調
對于某些復雜構件
不適用等厚度切片
比如，項目中門房打印部分的
大尺度曲面懸挑預制構件
雖仍采用平面切片
但打印面傾斜角度需要逐漸增大
以實現(xiàn)懸挑造型
門房多向節(jié)點連接預制構件
則采用曲面進行模型切片
以實現(xiàn)特殊構造
兩種切片方式涉及的“非均勻層積”打印技術
突破了混凝土等層厚打印的技術瓶頸
讓打印“畫筆”的路線、粗細更自由
變速打印
“非均勻層積”打印技術的實現(xiàn)
還需要打印參數(shù)的控制配合
類似做蛋糕擠奶油的過程
打印過程中的“泵速”
相當于擠奶油的“力道”
要想擠出的奶油達到預想效果
就要協(xié)調好奶油擠出的
“力道”和“速度”
在混凝土3D打印過程中
對于等厚度打印
只要預設固定的“力道”和“速度”參數(shù)
就能得到固定的打印條寬和預期效果
但若想實現(xiàn)“非均勻層積”厚度打印
就要在打印過程中
不斷調整材料擠出的“力道”和“速度”
這時，“打印條寬參數(shù)化預控策略”
就顯得尤為重要
在打印程序中通過預設協(xié)調參數(shù)
無需人工實時調整參數(shù)
實現(xiàn)復雜造型
擁有高新技術的加持
科技產(chǎn)業(yè)園圍墻和大門的3D打印
實現(xiàn)了智能化、自動化、無模化
少人工、低成本、高精度
3D打印設備
就像一支神奇的畫筆
“旋轉跳躍不停歇”
實現(xiàn)工程結構預設模型1:1的完美復刻
將童話故事里馬良的“神筆”變成現(xiàn)實
未來
期待“神筆3D”在我們的生活中
自由繪制出更多個性化的建筑產(chǎn)品
繼續(xù)推動基礎設施建造技術的
綠色化、工業(yè)化與智能化升級
服務我們的美好生活
