可持續設計---3d打印建造技術

蔚來辦公室 Kayla已經在迪拜研發出了世界上第一個全功能並永久使用的3D打印辦公室 蔚來辦公室建築目前作爲迪拜蔚來基金會總部 展覽空間和該地區蔚來新興技術孵化器 該項目最初是今年發佈的迪拜3D打印戰略的一部分 關注3D打印的發展 提高人們在建造和醫療方面的生活方式 建築的全部結構使用一個高約6米 長約36米 寬約12米的3D打印機和添加混凝土打印技術 打印機利用全自動機械臂實現打印過程 用時17天 現場安裝兩天 後續的服務 室內和景觀花費了大約三個月 相比傳統的小尺度建築 創新施工技術減少了一半的勞動成本 場地損耗最小化 有助於減少整個項目的在環境中留下的痕跡 辦公室旁有一個綠樹遮蔽的咖啡廳院子 包括一個可以展覽 舉辦活動和工作坊的靈活的適合團隊進行頭髮風暴 設計和私人會議的合作休息廳和畫廊 一系列的開口爲整個建築空間帶來深度的自然光照 允許使用者與外界環境保持聯繫 建築佈局被精心設計促進創造性的互動 反饋工作和偶然的會議 作爲包含在我們最先進和創新的項目中更廣泛項目的一部分 我們利用超級絕緣表皮系統和計算機控制製造技術 從而形成建築外形獨特複雜的幾何形體 Gayle的合夥人之一 也是綜合規劃和表皮設計者Ben Piper表示 這個設計傳達了一種從工作環境的傳統形式中的蛻變 從而爲激勵團隊的創新和溝通鋪平道路 獨特的設計和模塊化 使蔚來辦公室被譽爲第一次建造領域計算機控制建造的重大舉措和開創性範例 是建首個3D打印的無鋼筋混凝土拱橋 Striatus是蘇黎世聯邦理工學院Block研究小組 加和哈迪德建築事務所計算與設計小組合作開展的項目 Striatus是一座拱形的無鋼筋氣體人心橋 由3D打印的混凝土器塊構成 組裝過程中不採用粘合劑 這座16x12米的人心橋結合了大師級建造者的傳統技術 以及先進的計算機設計、工程和機器人制造技術 Striatus目前正在威尼斯建築雙年展的Jardini Della Marina S花園展出 展期將持續至2021年11月 Striatus名稱意爲帶條紋的反映了氣結構和製造過程上的邏輯 混凝土材料被打印成垂直與主要結構力的分層 以創建一種無需加固的、純而縮的條狀結構 Striatus提出了一種新的混凝土語言 它結構合理、製造方法明確、對生態負責 並且能夠憑藉精確的設計顯著節約成本 Striatus優化了氣體結構 3D混凝土打印和當代設計之間相互關聯的特性 提出了一種能夠替代傳統混凝土建築的可行方案 Striatus是一個無鋼筋的混凝土結構 憑藉幾何形狀獲得了強度 混凝土可以被看作是一種人工食材 擁有最好的壓縮性能 在拱形和拱頂結構中材料可以被精確地放置 從而使力在純粹的壓縮中傳遞到支撐物上 這種情況下結構的強度是藉助幾何形狀而產生的 而不是像傳統的混凝土梁和水平樓板那樣以低效的方式進行材料堆積 這不僅有利於顯著減少營造空間所需的材料數量 同時還能夠鼓勵人們更多地使用低強度 低污染的材料進行建造 Striatus採用循環設計僅在需要的地方放置材料 從而大幅減少了其對環境造成的影響 Striatus採用鋼式組裝不使用鋼筋和粘合劑 可以反覆地進行安裝、拆卸、重組或更換用途 充分地展示了可持續性的3R原則 Reduce、Reuse、Recycle在混凝土結構中的成功應用 和典型的擠壓式3D打印不同 Striatus採用的是雙組混凝土墨水以及相配套的打印頭和奔送裝置 能夠通過一個6軸的多方位機械臂精準地打印不均勻層和非平行層 這種新一代3D混凝土打印技術 其生產出的構建可以在無需任何加固或後加拉力的條件下實現承重 預計在未來30年內 全球將建成3000億平方米的新樓層 而樓板本身的重量將佔據大多數高層建築10層以上重量的40%以上 Striatus建造方式的引入將真正的顛覆建築行業 改變我們設計和建造人工環境的方式 從而更好地應對我們所處時代的決定性挑戰 意大利,Tecla粘土住宅 Mario Cusinello Architects建築事務所與Wasp合作完成了Tecla技術與粘土項目 這是第一個完全由生土材料通過3D打印製作而成的可持續生態住宅 項目極具創造力和先鋒性 兩家公司從項目一式便緊密合作 共同完成從設計到施工的全部流程項目的名字 這次Tecla以影域的形式映射了卡爾維諾的看不見的城市之一持續建造中的城市 通過將古代住宅的物質和精神與21世紀的技術產物結合在一起 喚起了過去與未來之間的強烈連接 我們願意將Tecla看作一個新故事的開始 還利用現代科技轉化古老的材料 並一次塑造未來,這將是真正非凡的壯舉 房子的外觀是技術與材料的共同成果 而非僅僅是美學上的嘗試 它的形式誠實而真摯 馬爾羅·Q森·埃拉 馬爾羅·Q森·埃拉二個Tecla創始人和創意總監 Tecla起源於MCA創始人馬爾羅·Q森·埃拉的一個研究項目 在WASP創始人Massimo Moretti的規劃下 建築回應了不斷加劇的氣候問題 滿足了KM0可持續住宅的需求 並且對人類不得不面對的住房危機帶來緊急風險 如大規模移民和自然災害等情況下由甚至於全球性議題給出了自己的答案 Tecla告訴我們一棟美麗、健康且可持續的住宅可以通過機器來建造 只要提供當地原材料的關鍵信息 Tecla是指向月亮的手指 這個星球上的每個人生來就有以月亮爲家的權利 從Tecla開始,這一想法將變爲可能 Massimo Moretti、WASP創始人Tecla項目位於意大利拉文納的Massa Lombarda 馬爾羅·Q森·埃拉在那裏創立了一座可持續發展培訓學校 進行生態可持續相關的研究 學校的研究與WASP的3D打印技術一起 使Tecla變爲現實 Tecla是一個創新的原型經濟住房模型 將傳統建造實踐、生態氣候原理和當地的天然材料結合在了一起 這是一個接近零排放的項目 它完全由當地生土材料製成 其外形和選材減少了材料的剩餘和浪費 使Tecla成爲了低碳住房的一個先鋒勢力 在這個項目中,馬爾羅·Q森·埃拉不僅在情緒美學上探索了住宅的可能解決方案 還將建築的形態與氣候及緯度結合在一起進行了研究 此外,項目所使用的的生土材料回應了當地氣候條件 而維護結構中的填充層經過參數優化 可以根據環境需求平衡隔熱、保溫和通風等功能 Tecla由兩個連續的元素組成 兩條彎曲的正弦曲線向上生成建築 頂部留下兩個圓形天窗爲空間投入天光 從幾何形態到外部屋脊 建築非典型的形狀滿足了3D打印外殼以及封頂後的結構平衡需求 將有機而又連貫的設計活靈活現地呈現給人們面前 WASS的研究專注於KM0生土3D打印 形成了名爲GRANDWASS的創新3D打印技術 這是世界中首個模塊化多層打印技術 可以合作性地完成建造工作 Tecla同時使用了兩條打印機械臂 其動作經過軟件優化避免了碰撞的發生 保證操作流暢 每個打印單元可以打印的範圍爲50平米 能夠在短短几天中建造出獨立的住宅 Tecla的建造花費了200小時 使用了7000條機器代碼 共包含350個12毫米的分層 展開長度約150千米 消耗自然材料60立方米 平均能耗6000瓦 該住宅模型完全爲意大利製造 包括Mario Cusine Architect和WASS在內 項目所有相關公司均爲意大利公司 如今,我們每年幾乎需要兩個星球的能量資源 來維持這個社會所擁有的生產和消費模式 要改變這種狀況,需要對我們發展到迄今爲止的設計和建築實踐方式進行轉變 出於這個原因,設計團隊考慮將增材製造3D打印 與古老的粘土建築工藝相結合 以提取和結合兩種技術的精髓 TOWER是以比利亞美洲的第一個使用增材製造的粘土原型 這個應用研究項目是由一羣來自加泰羅尼亞高級電鑄研究所 RF3D打印建築研究生項目的學生和專業人士 在西班牙巴塞羅那的克利塞羅拉山脈公園 Colsella Park Wildower實驗室的周圍開發的 該項目的場地位置是使用材料的來源 坊屋原型採用可持續性材料建造 使用臨近場地獲得的粘土和水 距離施工現場的半徑不超過500米 他們對土壤的特性進行了調研 以實現粘土和水百分比的良好調製比例 這些粘土和水將被用於牆體外部 地質聚合物用於基礎 木材用於屋頂 該原型考慮到了性能設計策略 學生們在爲期兩週的設計研討論會上進行構思 綜合了研究階段的經驗來開發原型的組成部分 採光口 空氣流動 牆牆通風 導熱性 屋頂結構 內置傢俱 防水和地板底層結構 3D打印在建築行業具有定性測量設計決策的能力 Torvill的建築面積爲9平方米 所需的是一圖分佈 時間物流和打印半徑由18名學生組成的團隊 在兩個月內完成 所需數據在項目開始時的研討會上 進行了討論 擬議的設計方案在頂梁系統 以及粘土牆的固有結構上有不同的結構考慮 牆體被設計成用T型和L型連接而非直線 由此產生的封閉內部空間是可居住的 那後的 並可以通過各種設計干預來適應氣候 該項目的目標是集體設計和建造一個3D打印的 一 以比例封閉式住房原型 使用粘土和木屋頂 針對不同的環境條件進行密封 學生們參加了研討會和簡短的設計講座 綜合了研究期間所開展的工作 3D打印的電車站布拉格 來自捷克的創新公司 Soul Concrete深耕於機器人建造技術領域 他們於近期設計並實現了位於布拉格 車站項目 該車站的建造應用了 內力分佈或結構中壓力或張力的自然原理 最終的設計結果不僅具有獨特性 更重要的是 能夠最大程度的提升效率 與傳統技術相比 而超高性能混凝土3D打印技術能夠節省60%的材料 並儘可能的降低人力的使用 該項目也是Soul Concrete公司首次進行的城市傢俱方面的干預實踐 車站內設有長影和信息板 使整個空間變得更具完整性 其目的是展示技術的功能特性及其在審美方面的無礙價值 該項目的位置選擇也並非出於偶然 一方面 布拉格本身就是一座公共交通高度發達的現代大都市 另一方面 雖然某個公園旁的Vestavi 車站位於布拉格B7區 該區被認爲是一個先進 現代且富有創造性的區域 亦是衆多藝術和文化機構的所在地 車站有幾個不同的結構部分組成 它們使用了不同類型的混凝土和3D打印方法 頂棚和廠宜是用機器人3D打印技術製造 並根據功能和負載選擇來選擇混凝土材料 例如屋頂處使用了鋼纖維進行加固 而廠宜座位區並沒有採用 爲了製造柱頭部分 先利用機器人將模具洗銷和打印出來 隨後再用3D打印將材料填充進去 3D打印的都市小屋 Deus Architects建造了一間完全由3D打印而成的迷你別墅 讓居者可以逃離城市的快節奏生活 3D打印的都市小屋從阿姆斯特丹的一處工業區空地 轉變爲了一處都市庇護所 與口袋公園與室外浴池相結合 該建築是對城市環境裏集合式可持續住房解決方案的一次研究 它通過生物塑料3D打印可以被徹底回收 並在幾年後重新用於打印 設計處理了室內外空間 實現了最小的建築佔地面積 3D打印採用了黑色的生物材料 展示了不同類型的木牆裝飾 形式優化的科技和隔熱及材料方面的智慧解決辦法 地板與臺階的結合處採用了混凝土的裝飾 形成了漂亮的圖案 由此在口袋公園中延伸出一條小徑 你可以在環繞小屋的綠色環境裏享受酷似雕塑的浴缸 在夕陽餘暉中欣賞高低錯落的楊樹林 面積8平方米 體量25立方米的房子適應了微型住房的趨勢 小房子的設計有望解決大量的住房問題 設計包含了迷你遊廊和室內空間 沙發可以展開形成兩張單人牀 3D打印科技非常適合現代的居住需求或者災害頻發的地區 使用之後生物材料可以被完全打碎 並被用於新設計的再打印 低收入住宅的樣板房 清華大學建築學院徐衛國教授團隊自主研發機器人3D打印混凝土移動平臺 及混凝土房屋快速建造體系 最近將這兩項科技成果成功應用於低收入住宅的樣板房實際打印建造 在清華大學無錫應用技術研究院實驗基地 建成真正意義上的3D打印混凝土建築 該混凝土房屋快速建造體系專爲低收入家庭而設計 其面積爲40平方米 包括門廊 客餐廳 臥室 廚房 洗手間等房間 可滿足1-4人的居住需求 其中門廊 廚房和洗手間安排在平面一側 形成一個長方形的單元 客餐廳及臥室在平面另一側 中間已停止隔牆或收納傢俱隔開 佈局可根據實際居住需求靈活調整 屋頂爲一小一大兩條銅拱分別覆蓋在上述兩條空間上 拱頂下形成寬敞舒適的室內環境 房屋南北兩側均設有落地玻璃窗 並在廚房屋頂佈置天窗以保證充足的採光條件 建築的外牆採用了當地傳統的編織紋理作爲裝飾 它與牆體結構一起由機器人3D打印設備一體化打印而成 牆體中央灌注保溫材料 形成裝飾 結構 保溫一體化的外牆體系 該建築造型簡潔現代 同時呼應了當地文化傳統 機器人3D打印混凝土移動平臺的組成 包括可移動機械臂及3D打印設備 軌道及可移動升降平臺 拖掛平臺等 3D打印設備中 機械臂及打印前端被安置在升降平臺上 並可在該平臺上移動 而打印材料 上料機 攪拌奔送一體機 及控制設備則安置在拖掛平臺上 該打印平臺只需兩人在移動平臺上操作按鈕 即可完成整棟房屋的打印建造 它充分集成並簡化了混凝土3D打印的工藝 最大可能的減少了打印建造過程中的人力投入 運用該打印平臺可在施工現場完成所有基礎 牆體 屋頂的直接打印 施工速度快 建造成本低 目前徐衛國教授團隊已是河北夏花園五家莊村 進行中國農村民宅3D打印建造實驗 正在進行該村娟子家住宅實際打印 娟子家住宅爲三大兩小五開間農宅 三大間爲起居及臥室 屋頂爲銅拱 二小間爲廚房及廁所 屋頂爲平頂 該農宅的打印使用了三套移動平臺分別位於三大開間中央 同時進行基礎 牆體 及屋頂的現場打印 目前正在施工過程中 脫貧致富及鄉村改造是目前社會發展的重要任務 但不少鄉村的改造僅僅實現了公共環境的改善 如修路 佈設市政管道 重新裝飾住宅外觀等等 實際上 這些鄉村農宅本身的居住空間 及室內生活條件並沒有實質性改變 該機器人3D打印混凝土移動平臺及混凝土房屋快速建造體系 可以以有機更新的方式逐個重建鄉村農宅 爲鄉村住宅建設做出重要貢獻 南京歡樂國主題樂園東大門 全球最大的改型塑料3D打印件造體南京歡樂國主題樂園東大門 在2020年11月11日隨着園區的正式開放 近期經過近半年驗收 運營和使用觀察 如今非常完美呈現我們在建築機器人打印件的基礎領域的研發能力與時間水平 2020年是不尋常的一年 4月下旬開始隨着疫情的有效控制 該項目進入入口廣場與主大門的實施收官階段 設計團隊與建築機器人協作 全面顛覆了傳統衣裳的設計到建造的流程 高效精準地完成了超尺度 高維幾何建造體的改型塑料3D打印實施工作 獨特的定製化建造體不僅在形象上成爲了南京歡樂國的代表性標誌 也完美組織整合了從前廣場到主題樂園的空間過渡 疫情後的愉悅感在疫情後的特殊時刻 沒有什麼比創造一個愉悅的空間更加重要 激發無比歡快的遊樂場氛圍 同時有效組織出入口檢票以及紀念品店的動線功能 這些需求都需要用一個整體式設計給出解決答案 歡樂鼓大門項目作爲全球規模和尺度最大的改型塑料3D打印建築實踐之一 其直面的是大尺度3D打印領域的一個根本問題 在尺度和精度上的雙重要求幾乎是超越了3D打印材料的物理性能極限的 該項目在全局優化和單元計算兩個層面上對這一問題進行了回應 在全局層面基於3D打印形變預測模型的區面細分優化算法 保證了整體版面劃分的合理性和精度水平 針對改型塑料研發的精準的變形預測與反變形打印技術 實現了高效的材料性能的幾何計算 在單元層面材料有限元計算重力下的複雜幾何和每塊打印板完全不同的幾何特徵 只有通過建築機器人研發的打印路徑規劃工具 才能實現每個打印單元達到精度最佳的打印效果和加工目標 最終在南京華僑城東大門示範項目 在長度達到52米整體建築尺度下 全局表皮打印板實現了亞釐米級的完成精度 從某種意義上出發 超越幾何不僅是對傳統建造技術的超越 也是一次空間體驗的全面超越 疫情後的時代我們應追求的不僅僅是呼吸的安全與健康的社交方式 更應反思技術文化該以何種方式書寫 在全球后疫情的時代中 或許唯有技術創新與文化融入纔是在後人文背景下 近日,一個由機器人3D打印而成的書屋 在上海寶山智慧灣科技園正式啓用 該書屋由清華大學建築學院徐衛國教授團隊設計 並用該團隊研發的打印機器及打印材料建造 它是上海藝術之橋空間的一部分 可用於圖書展示、學術討論、新書分享會等活動 同時,它也是藝術之橋2021年度人物徐衛國年度製造的藝術作品 該書屋的設計起於概念草圖 之後用Maya軟件根據使用需求實體建模 並進行空間形體及結構合理性推敲確定實施模型 其後通過打印路徑規劃及打印程序編寫完成數字文件 再依此數字文件驅動機器人3D打印設備進行混凝土材料的主層堆疊打印 從而建成這一曲面形體的圖書小屋 該圖書小屋總面積約30平方米 可容納15人進行各種活動 書屋的牆體構造採用空心牆體設計 其間填充保溫砂漿形成保溫隔熱牆體 該書屋的建築表面有兩種機理 一種爲疊層打印所形成的層疊表面 另一種爲精心設計的編織圖案機理 該書屋的設計建造表明 3D打印作爲智能建造的一種方式 不僅節省材料 節省人力 同時建造效率高 施工速度快 並且可以實現不規則形狀的建築建造 保證高質量的建築品質 空氣網是世界上第一個運用3D打印技術製造出的零件 所組裝成的不鏽鋼建築結構 它展示了由新加坡科技與設計大學所研發的 創新型數字設計與製造工藝 這個超輕的涼亭坐落在新加坡的濱海灣花園 作爲一個聚會場所的同時 也可以作爲一個發光雕塑 這個最先進的設計遵循了歐洲設計標準指南的規定 並且是新加坡建設局BCAP準的 首個可用來臨時容納的3D打印建築物 它的形狀被認爲是由四個觀景框定義的多面體 四個觀景框分別面向周圍景觀的閃光之處 青亭橋、銀色花園、濱海灣金沙與涼亭入口 它的多面形式重新詮釋了傳統的中國燈籠 並用動態的色彩漸變點亮 它的結構是使用自定義參數工具設計的 這個工具以創建最有效的結構設計爲目標 來優化框架的建築結構 當今的截面和截點的幾何形狀 於是搭結構在機械需要的地方呈現了最佳的結構與材料配置 這個涼亭有216條不同長度和截面的鋼筋 還有54個由鋼和青銅合金印製的獨特的結點構成 由於在部件連接方面進行了重大的技術創新 整體結構的組裝僅需要5個人耗時2天就可以完成 加上由於能夠3D打印結點內部的螺紋 更方便了通過隱藏在鋼筋中的螺栓進行組裝 整個涼亭的組裝僅需要不同直徑的六角扳手即可完成 整體系統允許小於1毫米的誤差再加上完美的零件配合 使不鏽鋼結構的組裝速度和性能再上一個臺階 整個建築結構的重量約700千克 儘管外觀小巧精緻 這個建築卻能承受起超多16噸的負重 是其自身重力量的16倍 當前的空間的框架系統是由重複的規則圖案組成 但這典型的是主要由於 不可能用有限數量的標準結點來解決複雜的幾何形狀 由於3D打印使之不能使用標準零件 因此使用重複圖案的經濟利益減少了 爲了在設計空間框架上獲得更大的設計自由度 空氣網的實現得益於新的工具、技術和創新 數字設計爲近乎無限的幾何自由 大規模定製以及優化的裝飾性多功能建築結構提供了創造力 同時3D打印將可以讓超前的設計成爲現實 但由於尺寸、時間和成本的限制從而未能實現 空氣網使用的方法並不是使用3D打印技術打印整個結構 因爲這會導致較高的生產成本 而是轉而使用3D打印的部件與標準元件無縫的結合在一起 它爲快速組裝和更實惠的價格範圍內的全自由形式設計奠定了基礎 節點的構造與鋼管無縫的融合在一起 使整體觀感結構間的具有連續性與流動性 涼亭的兩層透氣外皮是朝向整體拉緊的多孔魚網 它的透明感可允許微風通過 並且可以從中看到建築的結構 還可以用於佐蒸建築的形式並用於捕獲多色光 觀景框磅礴信封的開口一般 可展示出未被扭曲的主要景色