Formnext 2024展會發(fā)布：SEAM技術(shù)助力經(jīng)濟(jì)高效大幅面建筑3D打印

2024年11月18日，南極熊獲悉，SEAM 研究中心的研究人員發(fā)布了螺桿擠出增材制造(SEAM) 技術(shù)的最新應(yīng)用，重點聚焦在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。

此次開發(fā)的核心是 Epic3D 門戶打印機(jī)，打印系統(tǒng)能夠生產(chǎn)用于外墻模塊、圍欄和大門等應(yīng)用的大幅面塑料組件。該技術(shù)采用連續(xù)沉積工藝和加固結(jié)構(gòu)，可提供專為戶外建筑應(yīng)用量身定制的耐用、耐候組件。

弗勞恩霍夫機(jī)床與成型技術(shù)研究所(IWU) 與Wirth & Co. GmbH合作，采用這種方法生產(chǎn)符合防火、防紫外線和防風(fēng)雨標(biāo)準(zhǔn)的大型外墻單元。據(jù)研究團(tuán)隊介紹，SEAM 技術(shù)解決了增材制造領(lǐng)域長期存在的挑戰(zhàn)，包括小型構(gòu)建平臺的限制以及對緩慢、昂貴的基于長絲的工藝的依賴。通過采用顆粒作為打印材料，SEAM 能夠更快、更經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)定制組件。

弗勞恩霍夫 IWU 計劃在Formnext2024貿(mào)易展上展示在 SEAM 技術(shù)方面的最新進(jìn)展。在可持續(xù)纖維塑料復(fù)合材料部主任 Martin Kausch 博士的帶領(lǐng)下，研究團(tuán)隊將與Metrom合作，在11.0 展廳 E38 展位和 11.0 展廳 C29展位展示他們的工作成果。

與會者將有機(jī)會探索基于顆粒的 3D 打印如何應(yīng)用于建筑行業(yè)，包括外墻制造，以及重塑行業(yè)的潛力。

Kausch 博士表示：“我們讓精致的設(shè)計變得經(jīng)濟(jì)實惠。當(dāng)然，在傳統(tǒng)制造中也可以實現(xiàn)外墻設(shè)計的個性化。但只有采用 SEAM 這樣的工藝才能實現(xiàn)成本效益。”

△新型門戶打印機(jī) Epic3D 可實現(xiàn)大尺寸部件的增材制造。圖片來自 Fraunhofer IWU

SEAM 技術(shù)的定制化和多功能性

定制是 SEAM 的一大優(yōu)勢，尤其適用于創(chuàng)建具有復(fù)雜紋理或獨(dú)特形狀的立面元素，例如公司徽標(biāo)。此工藝使用經(jīng)過改進(jìn)的擠出螺桿將顆粒逐層熔化并沉積到構(gòu)建平臺上。

與纖維層壓和成型工藝等傳統(tǒng)方法不同，SEAM 無需模具，從而降低了成本和生產(chǎn)時間。使用預(yù)著色材料的能力也消除了額外的涂層步驟，從而簡化了整個流程。

通過與Metrom和1ATechnologies合作開發(fā)的三個系統(tǒng)擴(kuò)展了 SEAM 的應(yīng)用潛力。這些系統(tǒng)包括 Epic3D、METROM P1410 和SEAMHex。其中，Epic3D 以處理大幅面生產(chǎn)的能力而脫穎而出，并由 2 米 x 1.7 米的構(gòu)建平臺提供支持。除此之外，METROM P1410 通過集成銑削等加工步驟帶來了額外的多功能性，擴(kuò)大了應(yīng)用潛力。

最后，SEAMHex 采用獨(dú)特的六軸并聯(lián)運(yùn)動系統(tǒng)，提供高動態(tài)和運(yùn)動靈活性，確保出色的定位和路徑精度。這種設(shè)計確保出色的定位和路徑精度，同時減少移動質(zhì)量，從而實現(xiàn)中型部件的可靠高效生產(chǎn)。這些系統(tǒng)共同滿足了廣泛的制造需求，具有精確性和適應(yīng)性。

Wirth & Co. GmbH 董事總經(jīng)理 Florian Stöckel 強(qiáng)調(diào)了與 Fraunhofer IWU 合作對于增強(qiáng) SEAM 工藝在建筑應(yīng)用方面的重要性。他解釋說，Epic3D 門戶打印機(jī)在實現(xiàn)外墻建筑的新設(shè)計可能性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

Stöckel 指出，此次合作的重點是優(yōu)化各個方面，包括設(shè)計、材料和 3D 打印過程本身。他還強(qiáng)調(diào)，對Epic3D系統(tǒng)的投資代表著朝著使增材制造更適合生產(chǎn)建筑部件邁出了一步。

△SEAM研究中心：Epic3D（左下）、METROM P1410（中）和 SEAMHex。照片來自 Fraunhofer IWU

拓展建筑研究的前沿

除了 SEAM 之外，其他研究也強(qiáng)調(diào)了建筑增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展。一個值得注意的例子是麻省理工學(xué)院(MIT) 和 Evenline 的研究人員研究了使用玻璃 3D 打印創(chuàng)建互鎖砌體單元的可行性。這項研究發(fā)表在SpringerNature上，重點介紹了與傳統(tǒng)方法相比，玻璃增材制造如何增強(qiáng)設(shè)計靈活性并降低工具成本。

△墻式結(jié)構(gòu)的玻璃制造單元。照片來自麻省理工學(xué)院

MIT團(tuán)隊使用 G3DP3 打印機(jī)開發(fā)了模塊化砌體單元，并測試了三種制造方法：全空心、打印鑄造和全打印。研究結(jié)果顯示，強(qiáng)度和表面精度各不相同，其中全空心單元的結(jié)構(gòu)性能最高。根據(jù)研究團(tuán)隊的說法，這項研究強(qiáng)調(diào)了玻璃增材制造在可回收、可持續(xù)建筑方面的潛力，盡管大規(guī)模應(yīng)用還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

此外，弗吉尼亞大學(xué)(UVA) 的研究人員通過將石墨烯納米片 (GNP) 摻入石灰石煅燒粘土 (LC2) 中，開發(fā)出了一種可持續(xù)的 3D 打印水泥基復(fù)合材料。在 Osman Ozbulut 教授的帶領(lǐng)下，這項研究提高了結(jié)構(gòu)完整性和環(huán)境性能，僅用 0.05% 的 GNP 就將抗壓強(qiáng)度提高了 23%，同時提高了可打印性。

生命周期評估顯示，與傳統(tǒng)的水泥基混合物相比，溫室氣體排放量減少了 31%。項目由弗吉尼亞交通研究委員會聯(lián)合開展，將石墨烯增強(qiáng)型 LC2 定位為可持續(xù)建筑（尤其是交通基礎(chǔ)設(shè)施）的有前途的材料。