House Zero in Austin, Texas, is 'n huis van 2,000 3 vierkante voet wat met XNUMXD-gedrukte beton gebou is. Lake Flato Argitekte
In argitektuur kom nuwe materiale selde na vore.
Eeue lank het hout, messelwerk en beton die basis gevorm vir die meeste strukture op aarde.
In die 1880's is die aanvaarding van die staalraam het argitektuur vir altyd verander. Staal het argitekte toegelaat om hoër geboue met groter vensters te ontwerp, wat aanleiding gegee het tot die wolkekrabbers wat vandag stadshorisonne definieer.
Sedert die industriële rewolusie is konstruksiemateriaal grootliks beperk tot 'n reeks massa-vervaardigde elemente. Van staalbalke tot laaghoutpanele, hierdie gestandaardiseerde stel onderdele het die ontwerp en konstruksie van geboue vir meer as 150 jaar ingelig.
Dit kan binnekort verander met vooruitgang in wat genoem word "grootskaalse toevoegingsvervaardiging.” Nie sedert die aanvaarding van die staalraamwerk was daar 'n ontwikkeling met soveel potensiaal om die manier waarop geboue bedink en gebou word, te transformeer nie.
Grootskaalse byvoegingsvervaardiging, soos 3D-drukwerkskerms, behels die bou van voorwerpe een laag op 'n slag. Of dit klei, beton of plastiek is, die drukmateriaal word in 'n vloeibare toestand geëxtrudeer en verhard tot sy finale vorm.
As direkteur van die Instituut vir Slim Strukture by die Universiteit van Tennessee was ek gelukkig om aan 'n reeks projekte te werk wat hierdie nuwe tegnologie ontplooi.
Alhoewel sommige padblokkades vir die wydverspreide aanvaarding van hierdie tegnologie steeds bestaan, kan ek 'n toekoms voorsien waarin geboue geheel en al gebou word van herwonne materiale of materiale wat op die terrein verkry word, met vorms geïnspireer deur die geometrieë van die natuur.
Belowende prototipes
Onder hierdie is die Trillium-paviljoen, 'n opelugstruktuur gedruk uit herwinde ABS polimeer, 'n algemene plastiek wat in 'n wye reeks verbruikersprodukte gebruik word.
Die struktuur se dun, dubbelgeboë oppervlaktes is geïnspireer deur die kroonblare van sy naamgenoot-blom. Die projek is ontwerp deur studente, gedruk deur Loci Robotics en gebou op die Universiteit van Tennessee Research Park by Cherokee Farm in Knoxville.
Ander onlangse voorbeelde van grootskaalse toevoegingsvervaardiging Tecla insluit, 'n 450 vierkante voet (41.8 vierkante meter) prototipe woning ontwerp deur Mario Cucinella Architects en gedruk in Massa Lombarda, 'n klein dorpie in Italië.
Tecla is gebou uit plaaslik verkrygde klei. Mario Cucinella Argitekte
Die argitekte het Tecla gedruk uit klei afkomstig van 'n plaaslike rivier. Die unieke kombinasie van hierdie goedkoop materiaal en radiale geometrie het 'n energiedoeltreffende vorm van alternatiewe behuising geskep.
Terug in die VSA het die argitektuurfirma Lake Flato met die konstruksietegnologiefirma ICON saamgewerk om betonbuitemure te druk vir 'n huis genaamd "Huis Zero” in Austin, Texas.
Die 2,000 185.8 vierkante voet (3 vierkante meter) huis demonstreer die spoed en doeltreffendheid van XNUMXD-gedrukte beton, en die struktuur vertoon 'n aangename kontras tussen sy kromlynige mure en sy blootgestelde houtraam.
Die beplanningsproses
Grootskaalse toevoegingsvervaardiging behels drie kennisareas: digitale ontwerp, digitale vervaardiging en materiaalwetenskap.
Om te begin, skep argitekte rekenaarmodelle van al die komponente wat gedruk sal word. Hierdie ontwerpers kan dan sagteware gebruik om te toets hoe die komponente op strukturele kragte sal reageer en die komponente daarvolgens aanpas. Hierdie instrumente kan ook die ontwerper help om uit te vind hoe om die gewig van komponente te verminder en sekere ontwerpprosesse te outomatiseer, soos om komplekse meetkundige kruisings glad te maak, voor druk.
'n Stukkie sagteware bekend as 'n snyer vertaal dan die rekenaarmodel in 'n stel instruksies vir die 3D-drukker.
Jy kan aanvaar dat 3D-drukkers op 'n relatief klein skaal werk – dink selfoonhouers en tandeborselhouers.
Maar vooruitgang in 3D-druktegnologie het die hardeware toegelaat om op 'n ernstige manier op te skaal. Soms word die drukwerk gedoen via wat genoem word 'n gantry-gebaseerde stelsel – 'n reghoekige raamwerk van glyrelings soortgelyk aan 'n lessenaar 3D-drukker. Toenemend, robotarms word gebruik as gevolg van hul vermoë om in enige oriëntasie te druk.
Robotarms maak voorsiening vir meer buigsaamheid in die konstruksieproses.
Die drukperseel kan ook verskil. Meubels en kleiner komponente kan in fabrieke gedruk word, terwyl hele huise op die perseel gedruk moet word.
'n Verskeidenheid materiale kan vir grootskaalse toevoegingsvervaardiging gebruik word. Beton is 'n gewilde keuse as gevolg van sy bekendheid en duursaamheid. Klei is 'n interessante alternatief omdat dit op die perseel geoes kan word - wat die ontwerpers van Tecla gedoen het.
Maar plastiek en polimere kan die wydste toepassing hê. Hierdie materiale is ongelooflik veelsydig, en hulle kan geformuleer word op maniere wat aan 'n wye reeks spesifieke strukturele en estetiese vereistes voldoen. Hulle kan ook van herwonne en organies afgeleide materiale vervaardig word.
Inspirasie uit die natuur
Omdat bykomende vervaardiging laag vir laag bou, en slegs die materiaal en energie gebruik wat nodig is om 'n spesifieke komponent te maak, is dit 'n baie meer doeltreffende bouproses as "aftrekmetodes,” wat behels die wegsny van oortollige materiaal – dink maal ’n houtbalk uit ’n boom.
Selfs algemene materiale soos beton en plastiek baat daarby om 3D-gedruk te word, aangesien daar nie bykomende bekisting of vorms nodig is nie.
Die meeste konstruksiemateriaal word vandag massavervaardig op monteerlyne wat ontwerp is om dieselfde komponente te vervaardig. Terwyl koste verminder word, hierdie proses laat min ruimte vir aanpassing.
Aangesien daar geen behoefte aan gereedskap, vorms of matryse is nie, laat grootskaalse toevoegingsvervaardiging elke onderdeel uniek wees, met geen tydstraf vir ekstra kompleksiteit of aanpassing nie.
Nog 'n interessante kenmerk van grootskaalse toevoegingsvervaardiging is die vermoë om komplekse komponente met interne leemtes te produseer. Dit kan eendag moontlik maak dat mure gedruk kan word met buise of kanaalwerk wat reeds in plek is.
Daarbenewens, navorsing vind plaas om die moontlikhede van multi-materiaal 3D-drukwerk te verken, 'n tegniek wat vensters, isolasie, strukturele versterking - selfs bedrading - ten volle in 'n enkele gedrukte komponent kan laat integreer.
Een van die aspekte van bykomende vervaardiging wat my die meeste opgewonde maak, is die manier waarop boulaag vir laag, met 'n stadig verhardende materiaal, natuurlike prosesse, soos dopvorming, weerspieël.
’n 3D-gedrukte huis in Sjanghai wat in minder as 24 uur uit bou-afval gebou is. Visual China Group/Getty Images
Dit maak vensters van geleentheid oop, wat ontwerpers in staat stel om geometrieë te implementeer wat moeilik is om te vervaardig deur ander konstruksiemetodes te gebruik, maar wat algemeen van aard is.
Strukturele rame geïnspireer deur die fyn struktuur van voëlbene kan liggewig traliewerk van buise skep, met verskillende groottes wat die kragte wat daarop inwerk, weerspieël. Fasades wat roep die vorms van plantblare op kan ontwerp word om gelyktydig die gebou te skadu en sonkrag te produseer.
Oorkom die leerkurwe
Ten spyte van die baie positiewe aspekte van grootskaalse toevoegingsvervaardiging, is daar 'n aantal struikelblokke vir die wyer aanvaarding daarvan.
Miskien is die grootste om te oorkom die nuwigheid daarvan. Daar is 'n hele infrastruktuur gebou rondom tradisionele vorme van konstruksie soos staal, beton en hout, wat voorsieningskettings en boukodes insluit. Daarbenewens is die koste van digitale vervaardigingshardeware relatief hoog, en die spesifieke ontwerpvaardighede wat nodig is om met hierdie nuwe materiale te werk, word nog nie wyd aangeleer nie.
Om 3D-drukwerk in argitektuur meer algemeen aangeneem te word, sal dit sy nis moet vind. Soortgelyk aan hoe woordverwerking het gehelp om tafelrekenaars te populariseer, Ek dink dit sal 'n spesifieke toepassing van grootskaalse toevoegingsvervaardiging wees wat sal lei tot die algemene gebruik daarvan.
Miskien sal dit sy vermoë wees om hoogs doeltreffende strukturele rame te druk. Ek sien ook reeds sy belofte vir die skep van unieke beeldhoufasades wat herwin en herdruk kan word aan die einde van hul bruikbare leeftyd.
Hoe dit ook al sy, dit lyk waarskynlik dat 'n kombinasie van faktore sal verseker dat toekomstige geboue in 'n sekere deel 3D-gedruk sal word.
Oor Die Skrywer
James Rose, Direkteur van die Instituut vir Slim Strukture, Universiteit van Tennessee
Hierdie artikel is gepubliseer vanaf Die gesprek onder 'n Creative Commons lisensie. Lees die oorspronklike artikel.
