提到3D打印在建筑中的應(yīng)用，最令人印象深刻的是通過(guò)大型3D打印設(shè)備和混凝土材料建造的房屋模塊結(jié)構(gòu)或橋梁。這些3D打印的建筑展示了數(shù)字化建造技術(shù)的潛力，包括實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的從力學(xué)到升學(xué)，再到美學(xué)的結(jié)合；在制造建筑物結(jié)構(gòu)時(shí)，預(yù)留出水管、管路等管線(xiàn)的位置，使得建造過(guò)程更加智能化等等。近日，一座正在美國(guó)西雅圖進(jìn)行建造的摩天大樓，將在進(jìn)行外部幕墻建造的過(guò)程中使用140個(gè)金屬3D打印的節(jié)點(diǎn)。

3D打印節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)

更好的尺寸精度和可靠性

      應(yīng)用3D打印節(jié)點(diǎn)的大樓為西雅圖的新雷尼爾廣場(chǎng)塔（Rainier Square Tower），該建筑將在2020年完工，成為西雅圖第二高的建筑。這座建筑高58層，樓體采用傾斜式的設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)建筑物的每個(gè)樓層將從前一個(gè)樓層向后退一步。這樣的傾斜式結(jié)構(gòu)，增加了外部幕墻鋪設(shè)的難度。

承擔(dān)這棟大樓外部幕墻建造任務(wù)的Walters＆Wolf 公司在做設(shè)計(jì)方案時(shí)，決定采用一種定制化的幕墻系統(tǒng)來(lái)完成這一任務(wù)。在這個(gè)定制化幕墻系統(tǒng)中，起到關(guān)鍵作用的是一批特殊的鋁金屬節(jié)點(diǎn)。Walters＆Wolf 與數(shù)字化制造公司3Diligent合作進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與制造。在設(shè)計(jì)時(shí)，3Diligent提供了兩種制造方案供Walters＆Wolf 選擇。一種方案是采用熔模鑄造工藝制造的鋁節(jié)點(diǎn)，另一種方案是采用金屬3D打印技術(shù)制造的鋁節(jié)點(diǎn)。

由于采用的制造工藝不同，兩種節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案也是不同的。Walters＆Wolf 在使用兩種工藝制作的樣品節(jié)點(diǎn)組裝成幕墻單元并進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，3D打印節(jié)點(diǎn)在尺寸精度和結(jié)構(gòu)可靠性方面更能夠滿(mǎn)足新雷尼爾廣場(chǎng)塔幕墻建造的需要。

    3D打印節(jié)點(diǎn)為V形結(jié)構(gòu)，它們的作用是將一塊塊被切割為方塊形狀的幕墻結(jié)構(gòu)組裝在一起。而每一塊薄薄的幕墻結(jié)構(gòu)通過(guò)節(jié)點(diǎn)組合在一起之后，形成新雷尼爾廣場(chǎng)塔外部所呈現(xiàn)出的傾斜效果。

Review

     制造建筑物零件的應(yīng)用是金屬3D打印技術(shù)的一個(gè)利基市場(chǎng)。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，世界上最大的工程顧問(wèn)公司之一奧雅納早在2015年（甚至是在更早的時(shí)間）就在嘗試通過(guò)用粉末床選區(qū)激光熔化金屬3D打印技術(shù)制造建筑結(jié)構(gòu)中所需的鋼結(jié)構(gòu)部件。

 奧雅納在設(shè)計(jì)時(shí)挖掘了金屬3D打印技術(shù)在制造輕量化、異形零部件方面的潛力。在該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師根據(jù)力學(xué)性能指標(biāo)，采用拓?fù)鋬?yōu)化的方法來(lái)調(diào)整材料的布局。原始的三維幾何、載荷方向、材料特性、壓力、允許的空間連接和處理、固定孔的直徑、重量和材料的減少等因素都被考慮進(jìn)來(lái)。在設(shè)計(jì)迭代的過(guò)程中，奧雅納所設(shè)計(jì)的3D打印結(jié)構(gòu)件相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)件直接重量減少了75%。此外，由于在結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)上所做的優(yōu)化，奧雅納發(fā)現(xiàn)3D打印結(jié)構(gòu)件將在施工過(guò)程中減少相關(guān)費(fèi)用和減少浪費(fèi)。