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粘结剂喷射3D打印技术在复杂建筑模板制造中的应用

来源:客户端

发布时间:2019-01-12 16:02:17

点击量:3589

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建筑模板是混凝土浇筑成形的模壳和支架,是一种临时性支护结构,按设计要求制作,使混凝土结构、构件按规定的位置、几何尺寸成形,保持其正确位置,并承受建筑模板自重及作用在其上的外部荷载。



在建筑结构中,墙壁需要以90°角(垂直)彼此定位。如果出现突出、弯曲或偏移的部分,都需要特殊的建筑模板,制造这种模板的传统制造方式耗时耗力,而三维弯曲模板这样的复杂建筑模板制作更是困难。粘结剂喷射3D打印技术是制造建筑模板的新兴技术,其优势是快速、准确的直接制造复杂建筑模板。

接下来,将分享一个粘结剂喷射3D打印技术制造复杂建筑模板的案例。


精确、快速的复杂建筑模板制造

德国SAB(萨克森自由州的国家发展研究所),在总部建设期间准备建造一个带有中间平台的半圆形楼梯,楼梯将安装在支撑墙上。这就需要一个非常复杂而精确的混凝土模板,以实现楼梯平滑,均匀的曲线,SAB 将此工作委托给了模板供应商Doka。经过对楼梯模板设计的广泛评估,Doka根据模板的复杂程度对不同表面进行了分类:一类是传统的具有圆柱形或圆锥形的单轴曲面;另一类是这个楼梯与众不同的三轴曲面,也就是楼梯到支撑墙内侧的圆形悬垂。


建模模板的传统工艺与3D打印工艺

用传统工艺生产这种形状三轴曲面是非常耗时的,在制作时先用木头或是塑料铣削出模板,再进行手工组装,然后再进行多次研磨和涂层。由于这种模板通常由各个单独部分组合而成,需要粘合在一起。为了获得均匀的混凝土表面,还需要多次对表面进行砂磨和平滑处理。承载部件要采用有机材料并需要在张力状态下组装起来,而在施工现场,温度和湿度的波动乃至一般天气条件的影响下,都容易发生裂缝,这明显会影响质量。


Doka 的建筑模板和制造完成的楼梯结构

Doka 选择采用voxeljet-维捷的粘结剂喷射3D打印技术来制造这个三轴曲面模板。根据3D科学谷的了解,voxeljet-维捷 使用其VX 4000 粘结剂喷射3D打印打印系统制造Doka 需要的建筑模板,该系统可生产总体积为 4.00 x 2.00 x 1.00 m 的建筑模板,打印速度为139 l / 小时。


voxeljet formworks

图片来源:voxeljet-维捷  

   

相比传统方式,粘结剂喷射3D打印技术可以更快地生成组件,可以直接根据3D数据进行模板制造,减少了工程工作量。由于这是一种数字化制造技术,如果建筑用户在今后需要制造同一设计但不同尺寸的建筑模板,则可以通过尺寸修改,再次进行3D打印,模板制造是易于重复的。此外,从设计到装配的3D打印几何形状的数据一致性,保证了模板的高精度,高精度减少了现场手动返工的后顾之忧。。由于材料均质,受天气条件影响小,使得质量得到了保证。voxeljet-维捷制造的3D打印模板可承受高达100 kN /m的混凝土浇铸压力,对所使用的脱模剂和混凝土没有限制。

3D打印技术的优势在制造复杂建筑模板是更为明显,特别是在多弯曲混凝土构件的情况下,数字化和轻松的过程大大加快了建筑速度。根据几何形状的不同,采用粘结剂喷射3D打印技术生产的模板最多可使用40次,这也降低了相同混凝土表面的成本。


3D打印模板设计、制造过程

在制造时,voxeljet-维捷在德国服务中心3D打印了七块砂模,壁厚为21毫米,随后使用环氧树脂渗透获得必要的刚性,然后经多打磨和涂层之后,模板即可使用。打印完成后的后处理,增强了3D打印模板的耐候性和耐刮擦性。目前,在voxeljet 德国、中国、印度等地的3D打印服务中心,都可以提供建筑模板快速制造服务。

在工程中,3D打印模板还将需要与传统模板相结合,为了能够与Doka 标准的建筑模板组装在一起,在设计3D打印三轴曲面模板时,设计师预留了组装用的孔、连接插件。

这一3D打印模板在装配时只需要通常装配时间的十分之一。在组装模板时,3D打印模板与Doka的CNC切割Xlife面板百分之百匹配,这种混合制造模板的方法保证了模板制造的成本效益。

应用效果

通过voxeljet 3D打印模板所制造的建筑楼梯混凝土浇筑结构,没有产生渗透或是蜂窝现象,质量很好。通过与voxeljet-维捷的合作,Doka认为以后可以将粘结剂喷射3D打印模板应用于制造更多的建筑表面结构。使用voxeljet的粘结剂喷射技术,可以更快速、精确的制造三维曲面混凝土构件模板。远期看,这也许会改变繁复的混凝土施工过程。除了制造复杂的混凝土模板外,voxeljet-维捷的粘结剂喷射技术还可以用于制造建筑模型。

根据市场观察,vvoxeljet-维捷3D打印技术在这个领域的应用包括直接应用和间接应用两种。在直接应用中,voxeljet-维捷可以通过PMMA 材料制造建筑物中的复制品,例如:使用PMMA 材料3D打印科隆大教堂人物的复制品,或使用该材料制造复杂的装饰性结构。在间接应用中,voxeljet-维捷可以通过PMMA 材料3D打印建筑模型的铸造熔模,然后再通过精密铸造工艺制造出金属建筑模型,例如:voxeljet 3D打印服务中心,通过3D打印熔模和精密铸造技术制造1:100的兰伯特斯大教堂青铜模型。

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