國外開放式創(chuàng)新協(xié)作推進(jìn)3D打印混凝土技術(shù)的迭代升級

來源： 砼策智庫
作者：砼婳

創(chuàng)新是引領(lǐng)社會發(fā)展的最大動力之一，是推動人類文明進(jìn)步的重要力量，所以創(chuàng)新應(yīng)該存在于各個行業(yè)。在國外，由建筑公司、混凝土供應(yīng)商以及材料學(xué)專家等多個領(lǐng)域相關(guān)的公司聯(lián)合組成了Huizenprinters團(tuán)隊，這些人憑借著自身求知探索的熱情和強(qiáng)大的毅力，朝著共同的目標(biāo)“3D打印混凝土”一起努力，為混凝土新技術(shù)應(yīng)用而奮斗。

由混凝土3D打印出的殼形亭
團(tuán)隊使用的混合材料在堆疊過程中的臨界高度是30厘米高，在項目的過程中的挑戰(zhàn)接連不斷，歷經(jīng)4年才完成了今天這件令人印象深刻的3D 打印混凝土作品，它的出現(xiàn)對混凝土的創(chuàng)新應(yīng)用有著深刻的意義，項目的完成不需要鋼筋或定制模具便是這其中最重要的意義了。

當(dāng)團(tuán)隊確定將3D打印混凝土拱形構(gòu)件設(shè)立為目標(biāo)時，這個由多領(lǐng)域組成的專業(yè)團(tuán)隊便遇到了問題，他們發(fā)現(xiàn)距離流暢打印還存在很多的專業(yè)知識漏洞。于是他們迅速拜訪了在機(jī)器人與建筑領(lǐng)域有著多年經(jīng)驗的兩位專家，通過溝通學(xué)習(xí)，他們決定將項目的方向定義為“開放式創(chuàng)新”的模式，因為這樣的工藝技術(shù)突破是需要多學(xué)科、且持續(xù)的進(jìn)行，才能實現(xiàn)這項工藝技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

△3D打印混凝土實驗裝飾構(gòu)件的打印生成

開放式創(chuàng)新與創(chuàng)新的挑戰(zhàn)
在實踐創(chuàng)新生產(chǎn)方式的過程中，更重要的是具備創(chuàng)新的思維模式，團(tuán)隊通過搭建開放式的網(wǎng)站平臺，來共享成果并吸收更多有助于技術(shù)突破的知識和資源，這是非常新穎的信息整合方式，他們通過網(wǎng)站和論壇收獲了非常多的專業(yè)知識和想法，這些都有助于對團(tuán)隊創(chuàng)新思維的優(yōu)化，所以在這個項目中團(tuán)隊也采取了知識共享的原則。

經(jīng)過幾年的技術(shù)研發(fā)、設(shè)計制造策略的更新?lián)Q代、機(jī)器及數(shù)控軟件的多次迭代，他們最終開發(fā)了一種能夠大幅度加速混凝土硬化的工藝：通過在機(jī)器人的混凝土泵頭添加一個促凝裝置，它是通過一個導(dǎo)管將促凝劑按比例同步注入到打印的噴頭處，并與混凝土一起擠出，這樣混凝土混合物在幾分鐘內(nèi)就能凝固，在此項工藝提升后，高效率的3D打印混凝土變的不再困難，并能夠生產(chǎn)較復(fù)雜設(shè)計的構(gòu)件。

此外，該形式意味著需要采用非平面的打印策略，所以連帶機(jī)器人的混凝土泵頭角度也需要相應(yīng)的傾斜跟隨。簡而言之，在還未解決完一個挑戰(zhàn)的同時，另一個問題就接踵而至，但在這樣一個高專業(yè)度和強(qiáng)信念團(tuán)隊的不懈努力下，這些問題最終都得到了系統(tǒng)性的解決。

歷經(jīng)挑戰(zhàn)后的海闊天空
第一個試驗?zāi)繕?biāo)取得了成功，但事實證明，這僅僅是一次僥幸，接踵而來的是一系列的生產(chǎn)問題。在冬天氣溫低下和春夏氣溫升高的外在條件影響下，混凝土成型的形態(tài)和精度都遇到了各種問題，但失敗是成功之母，通過不斷地研究和調(diào)整，終于使項目取得了驚人的成績。

團(tuán)隊采用參數(shù)化設(shè)計，可以快速連續(xù)地實現(xiàn)造型的變化。參數(shù)化技術(shù)對天氣載荷自動計算并通過大量數(shù)據(jù)對作用在每層混凝土進(jìn)行受力分析以及結(jié)構(gòu)分析，完美解決了上述的問題。此外，它還可以無縫地將整體構(gòu)件的剖面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機(jī)器人代碼，全數(shù)字化的進(jìn)行整體設(shè)計。

3D打印混凝土的可持續(xù)性
通過上述參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，也解決了該裝置的結(jié)構(gòu)自受力問題。它可以不使用模具成型，這個項目深度展現(xiàn)了這項技術(shù)的潛力�；炷�土不僅在沒有任何支撐結(jié)構(gòu)的情況下打印成型，而且僅需要使用臨時的支柱進(jìn)行組裝，這些支撐結(jié)構(gòu)被拆除后，還可以在其他項目中重復(fù)使用。

該項目完全由整體自身結(jié)構(gòu)承受壓力（利用混凝土自身強(qiáng)度），因此不需要使用鋼筋承重，所以它只用混凝土就可以完成整體構(gòu)筑。這個特點令其回收也變地十分便捷，其可持續(xù)性下一步發(fā)展階段就是使用再生的混凝土作為骨料繼續(xù)進(jìn)行3D打印。

最終呈現(xiàn)的效果令所有人都為之振奮，細(xì)膩的3D打印混凝土肌理紋、完美的支撐結(jié)構(gòu)，相比于其他的打印項目，團(tuán)隊為之付出更多的心血在這一刻得到了回應(yīng)，這個由各專業(yè)領(lǐng)域精英組成的團(tuán)隊，通過四年的努力成功的完成了項目，其留下的開放式網(wǎng)站和論壇從長遠(yuǎn)角度來看也有著重要作用，未來會有更多志同道合的人，通過論壇為混凝土材料的發(fā)展諫言，為3D打印混凝土領(lǐng)域的進(jìn)步添磚加瓦。