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建筑3D打印将提高建筑物抗震性能

中国3D打印技术产业联盟顾问杨继全  首届2013世界3D打印技术产业大会今日在中国大饭店召开,本次大会将围绕“科技创新推动生产方式的变革”主题与来自世界3D打印行业的600多位嘉宾进行探讨交流。  中国3D打印技 ...

中国3D打印技术产业联盟顾问杨继全
中国3D打印技术产业联盟顾问杨继全

  首届2013世界3D打印技术产业大会今日在中国大饭店召开,本次大会将围绕“科技创新推动生产方式的变革”主题与来自世界3D打印行业的600多位嘉宾进行探讨交流。

  中国3D打印技术产业联盟顾问杨继全在发言中认为,建筑3D打印将大大提高建筑物抗震性能,具体介绍其优势时他表示,“我们认为采用打印的方式去制造使用功能的建筑具有这样几个优点,第一个,它的抗震性能大大增强,大地震的时候,最先受损的其实一定是结构强度最弱的,一个常规的建筑都是有成千上万个砖、混凝土、钢筋以及其他不同成分的材质组合在一起的,也就是说一个房屋它是有成千上万个不同的零件拼接而成的。任何一个零件的薄弱都可能会导致整个性能的降低,如果采用3D打印来做的话,我们就可以把一个房子打印成一个零件,这一个零件的抗震性能远远比成千上万个零件的抗震性能要大大增强。”

    同时,他表示,材料的节省性、设计常规突破性以及降低成本,都是建筑打印技术的优势。

  以下为中国3D打印技术产业联盟顾问杨继全 演讲实录:

  尊敬的嘉宾,大家早上好!我代表我们团队作关于这个大会的文化产业的报告,我叫杨继全,来自南京师范大学,同时我们团队有两个公司,一个是南京宝岩自动化,另外一个是是在常州的江苏敦超电子科技公司。

  我分四个方面介绍一下我们的团队,首先介绍一下团队的工作,其次结合这个大会的主题与文化创意方面做的三个子内容,一个是建筑的3D打印,一个是彩色的3D打印,一个是我们做的公益事业,3D打印体验店。

  我们这个团队从96年开始一直在3D打印方向做一些相关的工作,主要是三个工艺。其中一个工艺是SL工艺,一种是FDM,还有3DP,除了这三种之外,我们也做了其他的工作,包括生物打印、建筑打印。我们这个研发团队包括五个研究小组,150人的技术研究和开发人员,分布在三个国家。目前我们这几种产品有两种品牌,一个是HOFI品牌,面向家庭和办公的品牌,另外一个是DOGO品牌,是工业化和教育领域的品牌。我们现在有40多项专利,左边这个是我们其中一家公司的办公地点,右边是我们两座工厂的其中一座工厂。我们最近几年研发的各种类型的3D打印设备有彩色的、有光密树脂的。面向个人我们开发了一些非常简易的可以DIY的小型3D打印设备,这种小设备非常廉价,材料也很环保,大家可以在展台上看到。还有一个就是面向办公和家用的3D小设备,最近有可能会在京东网采购到我们的东西。包括教育领域,我们也有自己的3D打印设备。

  刚才我们看到的是一些低端的面向个人和办公的一些3D小设备。在微细领域里面,我们也做了一部分工作,比如说左上角怎么去打印微细的导线,用金用银去做细小的薄膜里面的导线,我们做了一部分工作,以及多材料的技术粉末的梯度材料制作方法。还有右边我们做的是有MSL工艺的微小透明的树脂件。

  结合大会的主题,我简要介绍一下我们在这方面做的一部分工作,其中一个工作是做建筑打印的,我们有一个课题组在做这方面的工作。提到建筑打印,往往很多人说建筑打印有什么好做的,跟普通的打印有什么区别?是不是仅仅作为一个模型可以看,而不能够居住的。我说我们做的这个建筑打印是可以居住的,是类似于我们现在待的这样一个建筑物,是具有实际功能居住的建筑物。你现在看到的下面这个图是我们正在做的一个项目里面的一个园区,这个园区里面有五个建筑,其中一个建筑是十几米高的,接近二十米高,每一个单体建筑都有成千上万的体量,我们计划在几年内这个工作因为涉及到一些机密,我就不再详细说了,你会看到这样一个建筑群在地球的某一个角落上。

  建筑打印与常规的建筑物在哪些方面会有优势,为什么以打印的方式去做建筑?我们认为采用打印的方式去制造使用功能的建筑具有这样几个优点,第一个,它的抗震性能大大增强,为什么这么说?我们都知道,大地震的时候,最先受损的其实一定是结构强度最弱的,一个常规的建筑都是有成千上万个砖、混凝土、钢筋以及其他不同成分的材质组合在一起的,也就是说一个房屋它是有成千上万个不同的零件拼接而成的。任何一个零件的薄弱都可能会导致整个性能的降低,如果采用3D打印来做的话,我们就可以把一个房子打印成一个零件,这一个零件的抗震性能远远比成千上万个零件的抗震性能要大大增强。

  第二个,我们可以采用3D打印的方式把它的建筑的壁以及内部的结构采用最优化的方式做成中空的以及任意结构的模式,所以它的材料可以大大节省。我们做了一个实验,采用建筑方式做的房屋它的材料至少可以节省30%以上。在节省材料的同时,我还可以做到更好的保温,因为我们内部可以做成蜂窝状结构,类似图上右上角这样一个板状的东西,内部可以根据你的需求,通过声学的原理、通过力学的原理做到最优化,所以它的壁厚可以做得很薄,现在常规的建筑一般是24厘米宽度,我们的打印建筑可以做到18甚至更薄,同时强度会大幅度增强。

  第三个优势就在于它的设计可以突破常规,设计师不再局限于我怎么把它加工出来,它的成本有多高,我怎么能够体现出它的设计创意方面,所以可以充分解放设计师的思想。一些非常复杂的东西到底怎么去实现呢?你看到右下角这个网状结构,对于像我们现在这样的一个房屋来讲,它是一个平的,比如说楼顶是平的,怎么去打印?这种方式我们可以采取下方的网状支撑结构,在计算机软件里会自动生成做到结构的优化和力学的优化。

  第四个方面,我们可以做成成本更低,因为这种材料跟我们现在用的环保材料性能几乎接近,成本上没有明显增加,同时节省了大量的人力、大量的设备和费用,所以,总体上的成本略有降低。因为它可以24小时工作,不需要更多的工程监理和人员的偷懒、人员的放假问题,工期可以有一定的缩短。

  因为牵扯到这是一个很多家单位同时参与的项目,所以我不能够介绍更多的内容。你现在看到的是一个规划图,这块地已经拿下来的,是八千多平米,总共建筑面积是16000平米,这是一个设计图,我们现在正在做的建筑就是这样一个用双手托起地球的建筑,这个建筑的总面积是300平米。

  它未来的目标,你现在看到的是类似于霍比特人这样的,我们认为未来的建筑就应该是依照人的居住功能而特意设计的一种自由性建筑,而不是像这种钢筋混凝土式的冷冰冰的结构,也许有一天我们也可以到一个陌生的地域,用一台打印机按照你所想就地取材,打印这样一个建筑。

  因为时间不多,我简要介绍一下另外的一个工作,就是彩色3D打印,就是用3DP的工艺喷出来一种彩色黏结剂去做设备原料,文化创意尤其是动漫产业最好的表现形式就是色彩,如果没有色彩,它跟其他的普通工艺区别就不明显,在动漫领域里面都可以采取彩色3D打印去体现。

  这种工艺到底怎么实现呢?首先,在计算机软件里面建模,自己开发软件对它进行数据处理,包括内部材料的处理和定义,最后通过喷涂控制一层层成形。它的一个原理就是我在结构空间和材料空间里面可以实现色彩和结构以及材质和结构之间的一一对应关系。这是做的一个数据分析,从左边的模型进行细化、网格分化、处理和定义,实现彩色模型的渲染。内部的材料分析确定过程以及每一个切片的材料的定义以及色彩的分布,最后从材料色彩到每一个喷头之间的一一对应关系,我们通过这种数字化的方式来实现,这个喷头是一千多个喷嘴,可以实现同时开关,来实行精确的打印。

  这是两种材料的一个半球型的模型制作流程,对于一些自然界里面或者是人工的模型,往往会要表现它的一些异常状态,比如说我们看到这样一个肝脏,因为人体部位会有变异,怎么样人医生和病人探讨他现在病情恶化情况,这个在医疗领域里是非常重要的。我们现在给医生提供的一些模型往往都是用SL工艺或者是其他的一些单色模型提供的。这种对于病人的病变部位的准确把握,往往是很难判断,因为它没有色彩的体现和表现力,如果通过彩色3D打印的话,我们就可以很容易的告诉病人,你的病变位置在什么地方,病变状态可以通过颜色来表示轻重。

  与这种工艺相配套的,我们也开发了相关的成形材料和黏结剂,它的目标是做什么呢?是开发这种类生物体的,或者类自然界的五彩斑斓的生物体或者植物体,但这是一种目标,我们采用的是多材料的彩色3D打印工艺。

  第三个目标,我们是秉承着3D打印要想造福于社会,受惠于每一个普通民众,必须让更多的人参与到3D打印中来,所以我们跟政府有关机关合作,建更多的3D打印体验店,让很多普通群众享受到什么是3D打印,能够创造他的作品。

  这是我们在南京市科技馆建设的一个3D打印体验店,里面的各种设备、模型、应用案例都是我们公司自己开发的。它的整个运作流程是这样,有三个方面,如果你需要扫描人体,你可以到体验店里扫描一下,很快就可以把你的数据获取之后给中间后台的数据处理系统,通过3D打印出来。还有一个就是我们开发了一个软件,允许普通人用笔之类的东西在触摸屏上画你所想要的造型,同样也是通过后台的处理3D打印来实现。还有一种就是允许你在我们的网站上下载你需要的模型,后台会处理进行打印。

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