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西雅图摩天大楼中将安装由3D打印节点组装的幕墙

2019-4-22 9:23:24 点击:

    提到3D打印在建筑中的应用,最令人印象深刻的是通过大型3D打印设备和混凝土材料建造的房屋模块结构或桥梁。这些3D打印的建筑展示了数字化建造技术的潜力,包括实现传统制造技术难以实现的从力学到升学,再到美学的结合;在制造建筑物结构时,预留出水管、管路等管线的位置,使得建造过程更加智能化等等。近日,一座正在美国西雅图进行建造的摩天大楼,将在进行外部幕墙建造的过程中使用140个金属3D打印的节点。

3D打印节点实现

更好的尺寸精度和可靠性

       应用3D打印节点的大楼为西雅图的新雷尼尔广场塔(Rainier Square Tower),该建筑将在2020年完工,成为西雅图第二高的建筑。这座建筑高58层,楼体采用倾斜式的设计,也就是说建筑物的每个楼层将从前一个楼层向后退一步。这样的倾斜式结构,增加了外部幕墙铺设的难度。

      承担这栋大楼外部幕墙建造任务的Walters&Wolf 公司在做设计方案时,决定采用一种定制化的幕墙系统来完成这一任务。在这个定制化幕墙系统中,起到关键作用的是一批特殊的铝金属节点。Walters&Wolf 与数字化制造公司3Diligent合作进行节点的设计与制造。在设计时,3Diligent提供了两种制造方案供Walters&Wolf 选择。一种方案是采用熔模铸造工艺制造的铝节点,另一种方案是采用金属3D打印技术制造的铝节点。

      由于采用的制造工艺不同,两种节点的设计方案也是不同的。Walters&Wolf 在使用两种工艺制作的样品节点组装成幕墙单元并进行测试后发现,3D打印节点在尺寸精度和结构可靠性方面更能够满足新雷尼尔广场塔幕墙建造的需要。

     3D打印节点为V形结构,它们的作用是将一块块被切割为方块形状的幕墙结构组装在一起。而每一块薄薄的幕墙结构通过节点组合在一起之后,形成新雷尼尔广场塔外部所呈现出的倾斜效果。

Review

      制造建筑物零件的应用是金属3D打印技术的一个利基市场。根据3D科学谷的市场观察,世界上最大的工程顾问公司之一奥雅纳早在2015年(甚至是在更早的时间)就在尝试通过用粉末床选区激光熔化金属3D打印技术制造建筑结构中所需的钢结构部件。

     奥雅纳在设计时挖掘了金属技术在制造轻量化、异形零部件方面的潜力。在该结构的设计中,设计师根据力学性能指标,采用拓扑优化的方法来调整材料的布局。原始的三维几何、载荷方向、材料特性、压力、允许的空间连接和处理、固定孔的直径、重量和材料的减少等因素都被考虑进来。在设计迭代的过程中,奥雅纳所设计的3D打印结构件相比传统结构件直接重量减少了75%。此外,由于在结构件设计上所做的优化,奥雅纳发现3D打印结构件将在施工过程中减少相关费用和减少浪费。