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高分子3D打印桥“流云桥”亮相成都

  发布时间:2021-11-22   

位于成都龙泉驿区驿马河公园的高分子3D打印桥“流云桥”亮相成都。桥梁的材料细腻轻盈,整体优美灵动,桥梁设计的灵感来源于驿马河自由奔腾的形态,以及舞动的丝绸。

“流云桥”由上海建工承建,Polymaker和上海酷鹰科技有限公司共同打造完成,在第三次的合作中,新技术和新材料在景观设计中又完成了一次大胆的创新,桥的尺寸更大、造型更优美、工艺更完善。桥身全长66.58米,宽7.25米,高2.7米其中3D打印部分桥长22.5米、宽2.6米、最高处2.7米。

供图 中建西南院景观院    | “流云桥”俯视图

供图 中建西南院景观院   | “流云桥”侧视图

 

“流云桥”的打印过程

桥梁打印采用了酷鹰五轴增减材一体机(BGAM),进行全天候7x24小时不间断3D打印。在系统中输入指令后,机器就可以24小时不间断打印,而且无需人工值守。为了确保打印质量,打印材料仍旧使用了Polymaker的抗老化与耐候性极佳的高分子颗粒料PolyCore™ ASA-3012。打印全程进行温度数据的记录以及参照经验的参数比对,确保打印构件较小的形变以及最佳的打印质量,从而实现闭环打印,这也是成都3D打印桥与酷鹰之前完成的两座桥相比,引入的一大新技术。整个3D打印桥耗费了数吨材料,桥梁采用了分段打印、现场拼装的施工方式,三维激光点云扫射检测技术也被应用于过程当中,因此仅用了35天便完成了全部桥体的3D打印工作。

 

图 | “流云桥”的打印过程(1)

图 | “流云桥”的打印过程(2)

“流云桥”的使用材料

PolyCore™ ASA-3012因其综合力学性能优异,适合于户外应用,被再次选为3D打印桥的使用材料。PolyCore™ ASA-3012专为超大尺寸3D打印定制的配方,增强了打印件在制造和使用过程中的尺寸稳定性及层间结合力。在打印工艺上,通过近百次打印试验和不断优化,采用预热及后保温装置,提高打印作业空间的温度,保证了3D打印材料层层粘结力。目前大多数增材制造技术采用熔融沉积成型工艺时都会产生残余应力和翘曲问题,因此我们在成都3D打印桥的整体制作中采用了多因素分析法,即通过控制环境温度、材料三段熔融温度、玻璃化温度、单层打印时间等打印工艺参数来解决打印构件由于迅速降温导致的翘曲及形变过大的问题。再通过酷鹰五轴增减材一体机(BGAM)的高精五轴CNC加工系统,将预留给打印变形量的余量去除,确保了分段打印构件的精度,完美展现了成都3D打印桥的整体设计效果。

实用性与美观度两者兼得的“流云桥”

为了提高通行的舒适度和桥梁的稳定性,3D打印“流云桥”的下方还增设了钢梁作为叠合支撑受力。两端的部分则采用轻质航空材料,通过数字化数控雕刻成型,表面进行特种涂层处理,以满足使用要求。这一超大型3D打印景观桥,是科技与艺术的完美结晶。

供图 中建西南院景观院  图 |  “流云桥”的曲线美

 

3D打印技术并不是第一次被用于桥梁的建造,下面就让我们一起回顾一下国内外一些著名的3D打印桥梁。

Polymaker 参与的3D打印桥回顾

1.上海桃浦中央公园3D打印景观桥

2019年,我国的第一座高分子3D打印景观桥诞生了,坐落于上海桃浦中央公园。由上海建工、Polymaker和酷鹰科技合力打造完成,全长15.25米、宽3.68米、高1.1米。

作为国内第一座运用3D打印技术完成的一次成型、最大跨度、多维曲面的高分子材料景观桥, 突破了传统桥梁设计的束缚,景观桥更加灵活、更为自由、更具多元空间变幻。设计团队运用三维数字技术成功实现了桥梁设计与施工建造技术的完美融合 。通过3D打印机,可以“一次成型“出S型、流线型的桥梁外形,营造出自由变幻、富于动态的桥体形态。

本次3D打印景观桥的打印工艺经过了近百次打印试验,不断地进行优化。通过上海建工与酷鹰科技联合研发的超大型龙门3D打印机,使3D打印精度更高、尺寸更大,可满足的空间结构更多样。

Polymaker的PolyCore™ASA-3012因具备高耐候性、高弹性模量、高屈服强度和高抗冲击强度等特点被选为本次3D打印景观桥的打印材料,并且,该款打印材料还能承受长期的日晒雨淋,这也是3D打印建筑材料的必备要求。

 

图 | 位于桃浦中央绿地的3D打印景观桥

2. 泉州3D打印景观桥

我国第二座采用高分子材料3D打印建造完成的桥梁于2019年6月下旬在福建泉州百崎湖生态连绵带完成安装。这是Polymaker、上海建工和酷鹰科技的第二次合作,桥长17.5米,高3.2米,宽3.2米,重量12吨,桥身整体依旧全部由高分子材料PolyCore™ ASA-3012配合3D打印技术制造完成。整个的制造周期为五周,比起传统混凝土灌浆制造法缩短了将近一半以上的时间。

 

图 | 泉州3D打印桥梁示意图

 

3D打印的泉州桥,比传统的混凝土灌浆制造法省时,在强度上也一点不比钢筋混凝土逊色。每平方米可以承受2千牛顿的压强,也就是说就算桥上就算占满人也不用担心桥身的坚固程度。

该桥采用了分段式的设计,因此分段进行3D打印,之后通过独特的链接机构将每一段连接起来,从而达到桥梁的力学要求。

使用Polymaker的高分子颗粒材料PolyCore™ ASA-3012配合上海建工与酷鹰科技共同自主研发的超大尺寸的五轴增减材一体机(BGAM),可以直接进行桥梁的分段3D打印。之后通过拼装、拼装缝隙处理、涂装和铺设步道,这座3D打印桥梁就完成了。

图 | 泉州3D打印桥梁示意图

 

3D打印桥梁的未来

3D打印景观桥诞生的全过程,涵盖了对模型、建造的构想和数据设计,同时有别于传统的外观模式,正所谓“以科技之力链接艺术灵感”,通过3D打印技术的在桥梁建造中的应用,极大地拓展了景观设计的技术创新与探索实践。3D打印技术正在成熟,并正在成为更快、更可持续和更便宜地建造人行桥或大尺寸产品的一个重要选择。

目前各类大尺寸打印的解决方案已完善成熟,Polymaker已在积极研发生产满足不同大尺寸打印需求的材料,相信在不久的将来,3D打印技术能被应用到更多广泛的领域。

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