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案例:粘結劑噴射3D打印技術在複雜建築模板製造中的應用

2019-01-12

建築模板是混凝土澆築成形的模殼和支架,是一種臨時性支護結構,按設計要求製作,使混凝土結構、構件按規定的位置、幾何尺寸成形,保持其正確位置,並承受建築模板自重及作用在其上的外部荷載。

案例:粘結劑噴射3D打印技術在複雜建築模板製造中的應用

在建築結構中,牆壁需要以90°角(垂直)彼此定位。如果出現突出、彎曲或偏移的部分,都需要特殊的建築模板,製造這種模板的傳統製造方式費時耗力,而三維彎曲模板這樣的複雜建築模板製作更是困難。膠粘劑噴射3D打印技術是製造建築模板的新興技術,其優勢是快速、準確的直接製造複雜建築模板。接下來,將分享一個膠粘劑噴射3D打印技術製造複雜建築模板的案例。

精確、快速的複雜建築模板製造

德國SAB(薩克森自由州的國家發展研究所),在總部建設期間準備建造一個帶有中間平台的半圓形樓梯,樓梯將安裝在支撐牆上。這就需要一個非常複雜而精確的混凝土模板,以實現樓梯平滑,均勻的曲線,SAB 將此工作委托給了模板供應商Doka。經過對樓梯模板設計的廣泛評估,Doka根據模板的複雜程度對不同表麵進行了分類:一類是傳統的具有圓柱形或圓錐形的單軸曲麵;另一類是這個樓梯與眾不同的三軸曲麵,也就是樓梯到支撐牆內側的圓形懸垂。

- 建模模板的傳統工藝與3D打印工藝

用傳統工藝生產這種形狀三軸曲麵是非常費時的,在製作時先用木頭或是塑料銑削出模板,再進行手工組裝,然後再進行多次研磨和塗層。由於這種模板通常由各個單獨部分組合而成,需要粘合在一起。為了得到均勻的混凝土表麵,還需要多次對表麵進行砂磨和平滑處理。承載部件要采用有機材料並需要在張力狀態下組裝起來,而在施工現場,溫度和濕度的波動乃至一般天氣條件的影響下,都容易發生裂縫,這明顯會影響質量。

- Doka 的建築模板和製造完成的樓梯結構
Doka 選擇采用voxeljet-維捷的膠粘劑噴射3D打印技術來製造這個三軸曲麵模板。根據了解,voxeljet-維捷 使用其VX 4000 膠粘劑噴射3D打印打印係統製造Doka 需要的建築模板,該係統可生產總體積為 4.00 x 2.00 x 1.00 m 的建築模板,建造速度為139 l / 小時。

案例:粘結劑噴射3D打印技術在複雜建築模板製造中的應用

圖片來源:voxeljet-維捷

相比傳統方式,膠粘劑噴射3D打印技術可以更快地生成組件,可以直接根據3D數據進行模板製造,減少了工程工作量。由於這是一種數字化製造技術,如果建築用戶在今後需要製造同一設計但不同尺寸的建築模板,則可以通過尺寸修改,再次進行3D打印,模板製造是易於重複的。除此之外,從設計到裝配的3D打印幾何形狀的數據一致性,保證了模板的高精度,高精度減少了現場手動返工的後顧之憂。。由於材料均質,受天氣條件影響小,使得質量得到了保證。voxeljet-維捷製造的3D打印模板可承受高達100 kN /m的混凝土澆鑄壓力,對所使用的脫模劑和混凝土沒有限製。

3D打印技術的優勢在製造複雜建築模板是更為明顯,特別是在多彎曲混凝土構件的情況下,數字化和輕鬆的過程大大加快了建築速度。根據幾何形狀的不同,采用膠粘劑噴射3D打印技術生產的模板最多可使用40次,這也降低了相同混凝土表麵的成本。

- 3D打印模板設計、製造過程
在製造時,voxeljet-維捷在德國服務中心3D打印了七塊砂模,殼厚為21mm,隨後使用環氧樹脂滲透得到必要的剛性,然後經多打磨和塗層之後,模板即可使用。打印完成後的後續工藝,增強了3D打印模板的耐候性和耐刮擦性。目前,在voxeljet 德國、中國、印度等地的3D打印服務中心,都可以提供建築模板快速製造服務。
在工程中,3D打印模板還將需要與傳統模板相結合,為了能夠與Doka 標準的建築模板組裝在一起,在設計3D打印三軸曲麵模板時,設計師預留了組裝用的孔、連接插件。

這一3D打印模板在裝配時隻需要通常裝配時間的十分之一。在組裝模板時,3D打印模板與Doka的CNC切割Xlife麵板百分之百匹配,這種混合製造模板的方法保證了模板製造的成本效益。

-應用效果

通過voxeljet 3D打印模板所製造的建築樓梯混凝土澆築結構,沒有產生滲透或是蜂窩現象,質量很好。通過與voxeljet-維捷的合作,Doka認為以後可以將膠粘劑噴射3D打印模板應用於製造更多的建築表麵結構。使用voxeljet的膠粘劑噴射技術,可以更快速、精確的製造三維曲麵混凝土構件模板。遠期看,這也許會改變繁複的混凝土施工過程。除了製造複雜的混凝土模板外,voxeljet-維捷的膠粘劑噴射技術還可以用於製造建築模型。

根據市場觀察,vvoxeljet-維捷3D打印技術在這個領域的應用包括直接應用和間接應用兩種。在直接應用中,voxeljet-維捷可以通過PMMA 材料製造建築物中的複製品,例如:使用PMMA 材料3D打印科隆大教堂人物的複製品,或使用該材料製造複雜的裝飾性結構。在間接應用中,voxeljet-維捷可以通過PMMA 材料3D打印建築模型的鑄造熔模,然後再通過精密鑄造工藝製造出金屬建築模型,例如:voxeljet 3D打印服務中心,通過3D打印熔模和精密鑄造技術製造1:100的蘭伯特斯大教堂青銅模型。


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