東京大學：運用3D打印實現(xiàn)科技與建筑的完美結(jié)合

來源：Ultimaker


3D 打印的出現(xiàn)讓許多行業(yè)都發(fā)生了改變，不管是從制造業(yè)、建筑業(yè)還是汽車和航空航天業(yè)。3D 打印技術(shù)已經(jīng)從以前被一些人視為新奇或小眾解決方案的技術(shù)，轉(zhuǎn)變成為了一種較為成熟的技術(shù)——從“快速原型制造”轉(zhuǎn)向“增材制造”發(fā)展。

如今，3D 打印技術(shù)已經(jīng)在世界各地的大學課堂中得到了廣泛的應(yīng)用，為學生和教師研究創(chuàng)新建筑提供了技術(shù)解決方案，并為“未來生活”創(chuàng)造了新標準。

最近，東京大學 Sekisui House - Kuma Lab 的“T-BOX”選擇了 Ultimaker 作為解決方案，以滿足其建筑系的研究需求。主要為幫助學生們準備其設(shè)計和打印原型所需要的 3D 建模數(shù)據(jù)，并在作為設(shè)計練習的會議中進行使用�！癟-BOX”于 2021 年 10 月開始投入使用并運營。

接下來，我們將向來自 Sekisui House - Kuma Lab 主任和項目助理教授平野利樹先生，具體了解學生們是如何在他們?nèi)粘５拇髮W生活中應(yīng)用 3D 打印的，以及 Ultimaker 在其中扮演了怎樣的角色。

△平野利樹先生，現(xiàn)東京大學 Sekisui House - Kuma Lab 主任和項目助理教授

這一切是如何開始的
“T-BOX項目”由建筑大師隈研吾先生于 2020 年 6 月建立，作為一個擁有各種數(shù)字化制造機器的車間，主要目的是研究數(shù)字技術(shù)和建筑之間的關(guān)系。

“‘T-BOX’對我們來說意味著很多不同的東西”，關(guān)于這個項目的名字，平野先生解釋道�！啊甌’指的是東京，來自東京大學（The University of Tokyo）、技術(shù)（Technology）、工具箱（Toolbox）。從那時起，我們就將 T-BOX 視為一個擁有各種數(shù)字制造設(shè)備的‘工具箱’。”

東京大學目前正在研究未來的建筑技術(shù)，Sekisui House 為啟動該項目提供了捐款——旨為探索和研究“生活的未來”。此次合作的主要目的是結(jié)合這些互補的優(yōu)勢和能力，推動“T-BOX”未來人才的發(fā)展。

過去，建筑系沒有配備數(shù)字化制造工具的生產(chǎn)設(shè)施。學生們沒有選擇，只能通過自行購買 3D 打印機或手工制作模型，這是傳統(tǒng)的方法�，F(xiàn)在有了T-BOX，建筑系的學生可以輕而易舉地創(chuàng)建他們精心設(shè)計的原型，并將其用于演示目的。

平野先生說：“我相信，這個工廠將幫助學生提高他們的工藝水平，探索其他的成長途徑，比如學習制造或數(shù)字制造相關(guān)的知識和技術(shù)。事實上，T-BOX 的使用權(quán)不僅僅專屬于建筑系的學生。我們非常歡迎大家都可以來參觀陳列的設(shè)施和使用我們的 Ultimaker 3D 打印機。T-BOX將作為培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的設(shè)施，使他們能夠更好地適應(yīng)未來。”


走近T-BOX
目前，T-BOX 擁有 6 臺 Ultimaker 3D打印機。鑒于目前校園里還從未在一個實驗室里部署過多臺 3D 打印機，平野先生認為這對于設(shè)計師而言，將會發(fā)展成為一個十分關(guān)鍵的設(shè)施。

至于他們?yōu)槭裁催x擇 Ultimaker，平野先生評論道：“隨著數(shù)字化制造越來越受歡迎，我也曾去海外參觀過多家類似的設(shè)施。當時去了美利堅大學的建筑學院，看到他們正在使用 Ultimaker 3D 打印機。大多數(shù)學生都對 Ultimaker 的產(chǎn)品質(zhì)量贊不絕口，他們的評價就是易于使用、操作簡單�！�

“Ultimaker 是一個很不錯的選擇，因為它可以處理各種不同的耗材，以及具備高質(zhì)量的打印精度、速度和高響應(yīng)性。這種‘只需要輸入數(shù)據(jù)，就可以開始打印’的理念，能讓你在即便沒有技術(shù)知識的情況下，也能直觀地創(chuàng)作作品。此外，當需要進行一些高級調(diào)整時，依舊可以輕松地操縱參數(shù)以滿足你的要求�！彼�補充道。

當我們問及他如何看待過去十年來 3D 打印在建筑中的應(yīng)用時，平野承認：“說實話，我在一般情況下不會使用 3D 打印機，除非我真的特別需要。但隨著數(shù)字化的不斷發(fā)展，像 Ultimaker 3D打印機這樣的科技產(chǎn)品已經(jīng)在全球許多行業(yè)中變得越來越重要。毫無疑問，3D 打印也已經(jīng)成為建筑師和學生設(shè)計周期的一部分了�！�

△平野利樹先生向我們展示了他的其中一個 3D 打印建筑模型

當設(shè)計不再受限制
目前，T-BOX 實驗室使用的是白色PLA材料，但平野先生和他的學生已經(jīng)開始著手深入研究 Ultimaker和第三方耗材的兼容應(yīng)用所帶來的各種可能性。

“就ABS材料而言，我們正在考慮使用各種材料來打印三分之一大小的建筑結(jié)構(gòu)的接縫，并實際使用它。從本質(zhì)上說，我們也想要挑戰(zhàn)自己，根據(jù)不同需求的目的來摸索到最適合使用的材料，”平野先生說。

當然，模型制作一直是建筑師工作的一部分。例如，學生們過去常常用苯乙烯板來手工制作模型。但與此同時，模型的形狀就受到了很大的限制，只能制作一些簡單的樣式。平野先生說：“我們的目標是打破限制思想的傳統(tǒng)規(guī)范。希望通過使用 3D 打印機來創(chuàng)新設(shè)計，可以自由地將想法轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品。我們不想被各種因素而無法做出復(fù)雜的形狀所束縛�！�

“3D 打印機不僅僅是一個制作模型的工具，它也是一個讓你自由思考建筑和設(shè)計的工具�！�

先進的數(shù)字制造設(shè)施
除了在實驗室內(nèi)部署 3D 打印機之外，T-BOX 的數(shù)字化制造設(shè)備還包括激光切割機和數(shù)控機床等，旨在結(jié)合所有資源、技術(shù)和方法來創(chuàng)造有意義的東西。

但這些數(shù)字制造設(shè)施在使用程度上較為復(fù)雜，對于課程教學來說具有一定的難度，包括如何指導(dǎo)教會學生使用設(shè)備�！霸� T-BOX，我們希望學生盡可能自由和自愿地使用這些設(shè)備。雖然我們已經(jīng)設(shè)定了最低限度的安全和使用準則，但仍然希望他們能夠在不依賴我們的工作人員的情況下使用機器。我們想讓學生們能夠自己主動地去探索這些設(shè)備操作能力，但我們依舊會隨時隨地幫他們解決和回答任何問題。他們所要做的就是在網(wǎng)上預(yù)訂，然后自行發(fā)展�！�

作為一個成果良好的實踐應(yīng)用案例，在建筑、教育和增材制造領(lǐng)域都得到了關(guān)注。在了解到 T-BOX 的應(yīng)用案例后，Ultimaker 首席執(zhí)行官于爾根·馮·霍倫（Jürgen von Hollen）先生表示：“很高興看到像東京大學這樣的先進教育機構(gòu)認識到3D打印的重要性，并能夠全面激發(fā)學生的創(chuàng)意靈感，讓他們在進入職場后盡可能發(fā)揮最大的影響力。我們的3D打印機、軟件和數(shù)字工廠在全球范圍內(nèi)用于各種行業(yè)和應(yīng)用，以實現(xiàn)廣泛的商業(yè)利益。東京大學在幫助推動3D打印成為具有靈活性和可持續(xù)價值的轉(zhuǎn)型商業(yè)技術(shù)方面所發(fā)揮的作用令我非常贊賞�！�


優(yōu)秀作品展示
T-BOX 中最引人注目的設(shè)計莫過于在 2021 年倫敦設(shè)計雙年展上展出的裝置作品的 1/10 大小的 3D 打印模型。這部作品分為六個部分，通過模塊化打印并進行組合。該作品展示了東京和倫敦城市中各種標志性物件和建筑的 3D 掃描效果，并將它們轉(zhuǎn)換成 3D 數(shù)據(jù)進行打印。

例如，有來自東京的標志性物件——招財貓、雷門、知了、自動販賣機、鯛魚燒、甜甜圈等。還有倫敦的各種城市元素，如倫敦地鐵座位、郵箱，以及被 3D 掃描、打印、組合的特色酒吧。在實際工作中，由 CNC 完成聚苯乙烯泡沫塊的雕刻工作，用作粘日本紙的模具。最后這件作品被運至倫敦并展出。

“理論上來說，這個作品的打印難度很大，因為使用 3D 掃描后呈現(xiàn)的形狀非常復(fù)雜。使用 Ultimaker 3D 打印機打印后，即使是那些很微小的細節(jié)，它都能做到很好地處理，很漂亮，同時也很復(fù)雜�！�

△倫敦雙年展 1/10 尺寸的3D打印模型

當被問及打印過程中遇到的困難，“我會說這很具有挑戰(zhàn)性。原始掃描這項工作大約是 1 TB 大小的數(shù)據(jù)。即使是減少一些工作量，一個面板大約也是 300 MB 的大小。原本我擔心可能會在切片過程中出現(xiàn)錯誤。但出乎我意料的是，當我們把它們載入 Ultimaker Cura 中進行切片，整個過程十分地流暢。這證明了 Ultimaker 非常適合用于具有大量細節(jié)的關(guān)鍵項目�！�

“控制軟件在確保你的輸出質(zhì)量方面扮演著重要的角色。當我接觸到各種數(shù)字制造設(shè)備時，我擔心其中一些設(shè)備因為太復(fù)雜而無法使用。Ultimaker Cura 通過創(chuàng)建簡單而直觀的設(shè)備來消除這些繁瑣之事。它內(nèi)置的這些預(yù)設(shè)參數(shù)，讓即便是初學者也可以很容易地上手使用。操作熟練了之后，你還可以根據(jù)需要，調(diào)整設(shè)置詳細的參數(shù)。所以我對它的評價是反應(yīng)非常靈敏。”

“總而言之，我想說的是 Ultimaker 是為了滿足不同的技能和經(jīng)驗水平而設(shè)計的。我認為無論是對于第一次使用，還是那些需要每天使用它的人來說，這真的是一個較為強大的 3D 打印系統(tǒng)�！�

△東京大學實驗室內(nèi)的 Ultimaker 2+ Connect 和 Ultimaker S3 打印機

展望未來
在我們與平野先生的談話接近尾聲時，我們詢問了他對 T-BOX 未來的展望。

“我相信 T-BOX 將施惠于每個人，無論他們未來將走向哪一條道路。但我相信，需要加固混凝土模板的研究生會發(fā)現(xiàn)這個設(shè)施非常有用。此外，學生可以設(shè)計一個形狀復(fù)雜的模具，并嘗試縮小它們的尺寸。這也可以用來設(shè)計和制作小型家具和配件�？赡苄允菬o限的�！�

如果在預(yù)算和空間方面都不存在問題，平野先生的計劃是再添置一些設(shè)備�！翱赡軙�想再添置一個機器人手臂和一臺內(nèi)部容量更大的 3D 打印機，方便處理體積更大的項目。但就目前而言，我們擁有的已經(jīng)完全足夠了。我很高興能夠?qū)崿F(xiàn)把全球標準的數(shù)字制造設(shè)備帶進大學校園，幫助學生和教師超越傳統(tǒng)�！�

“接下來，我將使用現(xiàn)有的 3D 打印機來開展建筑系的課程教育，讓他們在創(chuàng)新工作時了解數(shù)字制造的價值。我想繼續(xù)探索使用 Ultimaker 產(chǎn)品的新方法，并鼓勵學生們也這樣做�！�

平野先生說，雖然學生永遠是第一位的，但他也計劃以某種方式向公眾開放這些設(shè)施�！拔覀冏罱K的目標是想讓每臺機器都能被普通大眾所使用。為此，我們也在做相關(guān)準備。當然，我們希望與那些想要探索新的創(chuàng)意的人分享這一經(jīng)歷�！�