隨著原材料價格的不斷上漲、供應鏈的相對短缺、生産周期的不斷縮短以及環保意識越來越強烈，建築行業正面臨著來自各個層面的日益嚴峻的挑戰。
盡管建築行業正不斷引入數字化技術來提升建築項目的質量與效率，但迄今爲止，數字化技術更多被應用在建築規劃與管理任務當中，而在建築結構的制造層面上卻很少應用數字化技術及端到端的數據流程。
3D打印作爲一種典型的數字化技術與數字化設計相結合，爲建築設計師實現複雜而堅固的建築結構帶來了全新範式。除了混凝土3D打印直接建造建築牆體、房屋之外，粘結劑噴射3D打印技術在複雜建築結構的數字化制造領域也開始嶄露頭角。
本期，3D科學谷將分享新加坡科技大學建築智能研究實驗室 (AIRLAB)，通過voxeljet-維捷粘結劑噴射3D打印技術開展的AI-Table 數字化設計與制造應用案例，並揭示該項目中應用的數字化設計與制造流程，爲複雜建築結構與室內裝飾帶來的應用啓示。
AI-Table 項目作品
© voxeljet-維捷
用料少但堅固
上圖中的桌腿是AI-Table項目開發的3D打印作品，其花絲交織的結構靈感來自于設計師在森林中散步時的觀察。雖然看上去只是幾條桌子腿，但是爲了確保這種看似脆弱的結構不會被沉重的桌面壓垮，設計師除了藝術美感之外，還需要對靜載荷計算有深刻的了解。
實現這些桌腿的設計，不僅僅是基于人類的創造性思維，還包括 Autodesk Fusion 360 軟件人工智能輔助設計，以及voxeljet-維捷3D打印技術與傳統金屬鑄造相結合的技術。這一設計及制造思路誕生于新加坡科技大學的建築智能研究實驗室 (AIRLAB)。
爲了實現在使用最少材料的同時可靠地吸收桌面結構力的想法，項目最終使用青銅作爲桌腿鑄造材料。青銅鑄造用的3D打印鑄型由voxeljet-維捷粘結劑噴射3D打印設備和PMMA材料制造，鑄造廠將3D打印鑄型制成符合高精度規格的陶瓷外殼，然後進行熔模鑄造。
得益于人工智能輔助的數字化設計與3D打印技術，設計師得以實現桌腿的結構優化。最終鑄造而成的桌腿，精致但是堅固而穩定，並且去除了冗余的材料。
新範式助力建築的可持續發展
AI-Table 數字化設計與制造項目爲最大限度地減少原材料，並實現高性能建築帶來了啓示。將軟件算法整合到設計階段，並將3D打印整合到制造中的工作流程，將爲建築領域開辟完全不同的創意維度，帶來新的形式和材料自由度。
此外，項目中應用的數字化設計及3D打印技術，爲建築界牢固樹立可持續性理念“繪制”了一個藍圖。AIRLAB 實驗室的研究人員將3D打印+熔模鑄造作爲傳統制造工藝的替代技術，將與生産相關的能源消耗降低 4% 到 21% 之間，最大的影響來自于原材料運輸需求的顯著減少。在AIRLAB實驗室還通過數字化設計與3D打印技術相結合，通過實施結構優化，去除不必要的材料，從而減少材料浪費。這一全新的方式，爲改變當前建築範式帶來可能。
voxeljet-維捷粘結劑噴射技術與建築3D打印
爲AI-Table 數字化項目提供3D打印技術支持的voxeljet-維捷，基于其粘結劑噴射3D打印技術，爲室內外建築模型、建築結構數字化制造注入了新力量。
l PMMA 3D打印+熔模鑄造
voxeljet-維捷與從事藝術品鑄造的德國企業Strassacker 基于PMMA 鑄造模型3D打印開展了多項合作。在合作中，Strassacker使用voxeljet-維捷的3D打印服務來制造青銅鑄造模型。鑄造模打印完成後，voxeljet-維捷用蠟滲透模型，使表面更加平滑，然後將它們交付給Strassacker，通常交期在3-5天。
© voxeljet-維捷
這一工藝的特點是，不需要創建硅樹脂陰模，3D打印的PMMA 模型被直接浸入陶瓷中從而創建殼體，模型在700°C的爐中被燒盡，留下鑄造用的陶瓷模具。
3D打印PMMA 模型與熔模鑄造工藝相結合，爲金屬鑄件開辟了全新的設計可能性，實現過去很多無法想象的複雜作品，以及在沒有原始設計文件的情況下，結合3D掃描等數字化技術對藝術品或建築結構進行重建。除了快速制造3D打鑄造模型，鑄造的澆築系統也可以通過3D打印技術來直接制造，這將節省鑄造時間，並得到一致的鑄造結果。
l 砂型3D打印
voxeljet-維捷粘結劑噴射技術另一種可用于建築領域的材料爲砂。這種砂型3D打印工藝，可混凝土澆築應用的模板表皮或整個模板。
3D打印天花板模板
© voxeljet-維捷
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，按設計要求制作，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。
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，制造這種模板的傳統制造方式耗時耗力，而三維彎曲模板這樣的複雜建築模板制作更是困難。粘結劑噴射3D打印技術是制造建築模板的新興技術，其優勢是快速、准確的直接制造複雜建築模板。 用于建築立面結構的3D模板
© voxeljet-維捷
通過voxeljet-維捷粘結劑噴射技術3D打印的模板元件可進行後處理和優化，以獲得理想的表面光潔度和抵抗施工現場外部天氣的能力，並可便捷的地與傳統模板系統（如木制模板系統）結合。尺寸不超過4 x 2 x 1米的模板元件可在無需工具的情況下進行整體打印，所有像UHPC（超高性能混凝土）之類常見類型的混凝土皆可被加工。
voxeljet-維捷3D打印技術正逐漸在建築行業站穩腳跟，以快速、靈活的方式，助力設計師將創成式設計等數字化技術獲得的優化設計方案轉化爲現實。這種數字化設計與3D打印相結合的新範式將與建築業碰撞出哪些火花，3D科學谷將保持關注。
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