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系統可以3D打印整個建筑物
2021年05月06日    閱讀量:79713    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

通過3D打印可以生產的材料清單已經不僅包括塑料,而且還包括金屬,玻璃,甚至食品?,F在,麻省理工學院的研究人員正在設計一種可以3-D打印整個建筑物基本結構的系統,從而進一步擴大了清單的范圍。


研究人員說,用這種系統建造的結構可以比傳統的建造方法更快,更便宜地生產中國建材網cnprofit.com。建筑物也可以完全根據特定場所的需求及其制造者的需求進行定制。甚至內部結構也可以用新的方式進行修改。隨著過程的進行,可以采用不同的材料,并且可以改變材料的密度以提供強度,絕緣性或其他屬性的最佳組合。


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研究人員說,最終,這種方法可以實現新型建筑的設計和建造,而這是傳統建筑方法所不可行的。


史蒂文·基廷(Steven Keating)博士'16是機械工程專業的畢業生,曾是麻省理工學院媒體實驗室的中介問題小組的研究附屬機構,本周在《科學機器人》雜志上對這種機器人系統進行了描述。朱利安·利蘭德(Julian Leland)和列維·蔡(Levi Cai),均為“中間事務”小組的研究助理。媒體藝術與科學小組主任兼副教授內里·奧克斯曼(Neri Oxman)。


該系統由履帶式車輛組成,該車輛帶有大型的工業機械臂,其末端具有較小的精密運動機械臂。然后,該高度可控的臂可用于引導任何常規的(或非常規的)建筑噴嘴,例如用于澆筑混凝土或噴涂絕緣材料的噴嘴,以及其他數字制造末端執行器,例如銑頭。


與典型的3-D打印系統不同,大多數系統使用某種封閉的固定結構來支撐其噴嘴,并且僅限于構建可裝入整個外殼的物體,而這種自由移動系統可以構建任何大小的物體。作為概念證明,研究人員使用原型構建了直徑50英尺,高12英尺的圓頂墻的基本結構-該項目在“打印”時間不到14小時內完成。


對于這些初始測試,系統制造了用于形成成品混凝土結構的泡沫絕緣框架。這種用聚氨酯泡沫塑料模子填充混凝土的施工方法類似于傳統的商業絕緣混凝土模板技術。Keating解釋說,按照這種方法進行的初步工作,研究人員表明該系統可以輕松地適應現有的建筑工地和設備,并且不需要任何新的評估就可以適應現有的建筑規范。


最終,該系統旨在實現自給自足。它配備了一個鏟子,可用于準備建筑物表面并獲取本地材料,例如夯土建筑物的污垢,以用于建筑物本身。整個系統甚至可以由太陽能電池板供電,也可以電動操作。想法是,此類系統可以部署到偏遠地區,例如在發展中國家,或者部署到大風暴或地震后的救災地區,以快速提供持久的庇護所。


最終的愿景是:“將來,擁有完全自主的東西,您可以將其發送到月球,火星或南極洲,然后它就會消失并制造這些建筑物數年,”基廷說。系統作為他的博士論文工作。


但與此同時,他說:“我們還想表明,明天我們可以建造可以馬上使用的東西?!?這就是團隊使用其最初的移動平臺所做的事情。他說:“通過這一過程,我們現在可以替換建造建筑物的關鍵部分之一?!?“明天可以將其整合到建筑工地中?!?/p>


基廷說:“建筑業仍然以數百年來的方式做事?!?“這些建筑物是直線型的,大部分是用單一材料建造的,并用鋸子和釘子釘在一起,”并且大部分是根據標準化計劃建造的。


但是,基廷想知道,如果可以使用現場環境數據對每座建筑物進行個性化和設計,那該怎么辦?將來,可以根據對場地的探地雷達分析,將此類建筑物的支柱放置在最佳位置,并且墻壁的厚度可能會根據其方向而有所不同。例如,在寒冷的氣候中,建筑物的北側可能具有更厚,更隔熱的墻,或者隨著承重要求的降低,墻的底部從頂部到頂部逐漸變細,或者有助于建筑物抵御風的曲線。


該系統的創建被研究人員稱為“數字建筑平臺(DCP)”,其產生是受“中介問題”小組設計無零件建筑物的總體愿景的推動。這樣的構想包括,例如,在單個生產過程中將“結構和蒙皮”以及橫梁和窗戶結合在一起,并在構建結構時動態地適應多種設計和建造過程。


從建筑角度來看,Oxman說,該項目“挑戰了傳統的建筑類型,例如墻壁,地板或窗戶,并提出可以使用DCP制造單個系統,該DCP可以連續改變其特性以創建連續不斷的墻狀元素。融入窗戶?!?/p>


為此,新的3-D打印系統的噴嘴可以調整以改變所澆注材料的密度,甚至可以混合不同的材料。在最初測試中使用的版本中,該設備創建了一個絕緣的泡沫殼,在澆筑混凝土后將其留在原處;內部和外部飾面材料可直接應用于泡沫表面。


該系統甚至可以創建復雜的形狀和懸垂度,該團隊通過在原型球頂中包含一個寬大的內置工作臺來證明這一點。在澆注混凝土之前,可以將任何需要的布線和管道插入模具中,從而立即提供完整的墻體結構。它還可以使用內置的溫度,光線和其他參數傳感器,結合過程中收集到的有關現場的數據,以對結構進行調整。


基廷說,研究小組的分析表明,這種構造方法可以比目前的方法更快,更便宜地生產結構,并且也更安全。(建筑行業是最危險的行業之一,該系統需要較少的動手工作。)此外,由于可以針對結構所需的形狀和厚度進行優化,而不必與預制木材和木材相匹配。其他材料,所需的材料總量可以減少。


Oxman指出,盡管平臺代表了工程上的進步?!笆顾?,更好,更便宜是一回事。但是在單一建筑物中設計和數字化多功能結構的能力體現了從機器時代到生物時代的轉變-從將建筑物視為居住的機器。由標準化的零件制成,作為建筑物的有機體,可以通過計算,生長,增材制造以及可能的生物增強來實現?!?/p>


她說:“因此,對我而言,這不僅僅是打印機,而且是一種全新的思維方式,它促進了數字制造領域以及建筑設計領域的范式轉變?!覀兊南到y指向數字化建設的未來愿景,將為我們這個星球乃至更廣闊的世界帶來新的可能性?!?/p>


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