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    系统可以3D打印整个建筑物
    2021年05月06日    阅读量:3996    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

    通过3D打印可以生产的材料清单已经不仅包括塑料,而且还包括金属,玻璃,甚至食品。现在,麻省理工学院的研究人员正在设计一种可以3-D打印整个建筑物基本结构的系统,从而进一步扩大了清单的范围。


    研究人员说,用这种系统建造的结构可以比传统的建造方法更快,更便宜地生产中国建材网cnprofit.com。建筑物也可以完全根据特定场所的需求及其制造者的需求进行定制。甚至内部结构也可以用新的方式进行修改。随着过程的进行,可以采用不同的材料,并且可以改变材料的密度以提供强度,绝缘性或其他属性的最佳组合。


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    研究人员说,最终,这种方法可以实现新型建筑的设计和建造,而这是传统建筑方法所不可行的。


    史蒂文·基廷(Steven Keating)博士'16是机械工程专业的毕业生,曾是麻省理工学院媒体实验室的中介问题小组的研究附属机构,本周在《科学机器人》杂志上对这种机器人系统进行了描述。朱利安·利兰德(Julian Leland)和列维·蔡(Levi Cai),均为“中间事务”小组的研究助理。媒体艺术与科学小组主任兼副教授内里·奥克斯曼(Neri Oxman)。


    该系统由履带式车辆组成,该车辆带有大型的工业机械臂,其末端具有较小的精密运动机械臂。然后,该高度可控的臂可用于引导任何常规的(或非常规的)建筑喷嘴,例如用于浇筑混凝土或喷涂绝缘材料的喷嘴,以及其他数字制造末端执行器,例如铣头。


    与典型的3-D打印系统不同,大多数系统使用某种封闭的固定结构来支撑其喷嘴,并且仅限于构建可装入整个外壳的物体,而这种自由移动系统可以构建任何大小的物体。作为概念证明,研究人员使用原型构建了直径50英尺,高12英尺的圆顶墙的基本结构-该项目在“打印”时间不到14小时内完成。


    对于这些初始测试,系统制造了用于形成成品混凝土结构的泡沫绝缘框架。这种用聚氨酯泡沫塑料模子填充混凝土的施工方法类似于传统的商业绝缘混凝土模板技术。Keating解释说,按照这种方法进行的初步工作,研究人员表明该系统可以轻松地适应现有的建筑工地和设备,并且不需要任何新的评估就可以适应现有的建筑规范。


    最终,该系统旨在实现自给自足。它配备了一个铲子,可用于准备建筑物表面并获取本地材料,例如夯土建筑物的污垢,以用于建筑物本身。整个系统甚至可以由太阳能电池板供电,也可以电动操作。想法是,此类系统可以部署到偏远地区,例如在发展中国家,或者部署到大风暴或地震后的救灾地区,以快速提供持久的庇护所。


    最终的愿景是:“将来,拥有完全自主的东西,您可以将其发送到月球,火星或南极洲,然后它就会消失并制造这些建筑物数年,”基廷说。系统作为他的博士论文工作。


    但与此同时,他说:“我们还想表明,明天我们可以建造可以马上使用的东西。” 这就是团队使用其最初的移动平台所做的事情。他说:“通过这一过程,我们现在可以替换建造建筑物的关键部分之一。” “明天可以将其整合到建筑工地中。”


    基廷说:“建筑业仍然以数百年来的方式做事。” “这些建筑物是直线型的,大部分是用单一材料建造的,并用锯子和钉子钉在一起,”并且大部分是根据标准化计划建造的。


    但是,基廷想知道,如果可以使用现场环境数据对每座建筑物进行个性化和设计,那该怎么办?将来,可以根据对场地的探地雷达分析,将此类建筑物的支柱放置在最佳位置,并且墙壁的厚度可能会根据其方向而有所不同。例如,在寒冷的气候中,建筑物的北侧可能具有更厚,更隔热的墙,或者随着承重要求的降低,墙的底部从顶部到顶部逐渐变细,或者有助于建筑物抵御风的曲线。


    该系统的创建被研究人员称为“数字建筑平台(DCP)”,其产生是受“中介问题”小组设计无零件建筑物的总体愿景的推动。这样的构想包括,例如,在单个生产过程中将“结构和蒙皮”以及横梁和窗户结合在一起,并在构建结构时动态地适应多种设计和建造过程。


    从建筑角度来看,Oxman说,该项目“挑战了传统的建筑类型,例如墙壁,地板或窗户,并提出可以使用DCP制造单个系统,该DCP可以连续改变其特性以创建连续不断的墙状元素。融入窗户。”


    为此,新的3-D打印系统的喷嘴可以调整以改变所浇注材料的密度,甚至可以混合不同的材料。在最初测试中使用的版本中,该设备创建了一个绝缘的泡沫壳,在浇筑混凝土后将其留在原处;内部和外部饰面材料可直接应用于泡沫表面。


    该系统甚至可以创建复杂的形状和悬垂度,该团队通过在原型球顶中包含一个宽大的内置工作台来证明这一点。在浇注混凝土之前,可以将任何需要的布线和管道插入模具中,从而立即提供完整的墙体结构。它还可以使用内置的温度,光线和其他参数传感器,结合过程中收集到的有关现场的数据,以对结构进行调整。


    基廷说,研究小组的分析表明,这种构造方法可以比目前的方法更快,更便宜地生产结构,并且也更安全。(建筑行业是最危险的行业之一,该系统需要较少的动手工作。)此外,由于可以针对结构所需的形状和厚度进行优化,而不必与预制木材和木材相匹配。其他材料,所需的材料总量可以减少。


    Oxman指出,尽管平台代表了工程上的进步。“使它更快,更好,更便宜是一回事。但是在单一建筑物中设计和数字化多功能结构的能力体现了从机器时代到生物时代的转变-从将建筑物视为居住的机器。由标准化的零件制成,作为建筑物的有机体,可以通过计算,生长,增材制造以及可能的生物增强来实现。”


    她说:“因此,对我而言,这不仅仅是打印机,而且是一种全新的思维方式,它促进了数字制造领域以及建筑设计领域的范式转变。……我们的系统指向数字化建设的未来愿景,将为我们这个星球乃至更广阔的世界带来新的可能性。”


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