苏黎世大学将利用机器人3D打印瑞士文化遗址

近日，苏黎世联邦理工学院的建筑师和工程师正计划建造一座由3D打印柱子组成的23米高的塔，这将成为瑞士Mulegns小村庄的一个文化场所。

苏黎世联邦理工学院负责研究的副校长Detlef Günther对外表示，该项目的目标是振兴这个只有16名居民的地区，并加强文化、研究和技术发展之间的联系。因为新的知识往往出现在不同学科的交汇处。

这座高塔将在现场使用机器人3D打印机建造，据称75英尺的高度将是有史以来由机器人建造的高的3D打印结构之一。

△Mulegns的3D打印白塔的外观效果图。图片来源：Hansmeyer/Dillenburger

与苏黎世联邦理工学院合作的 "蛋壳 "3D打印技术

对于在建筑环境中进行混凝土3D打印来说，它通常需要由模板来支撑，因为它从流体材料过渡到固体，这可能是昂贵的。正交结构也仍然是常态，许多建筑使用的材料比实际需要的要多。虽然FDM 3D打印在建筑应用中显示出前景，但这项技术的速度、规模以及无法生产薄的打印结构来固定混凝土，在一定程度上阻碍了其广泛采用。

2020年7月，来自苏黎世联邦理工学院的研究人员将机器人大规模FDM 3D打印与铸造方法相融合，设计出一种新颖的 "蛋壳 "混凝土3D打印工艺。这项技术使团队能够以一种更节省材料的方式生产复杂的结构，同时也将材料的横向压力降到最低，以允许打印出具有更复杂几何形状的雕塑作品。

通过将大规模机器人FDM 3D打印与按需设置的数字铸造系统相结合，系统由苏黎世的一个早期团队在2014年设计的智能动态铸造（SDC）方法发展而来，建造团队可以使用单层薄壳作为模板创造更复杂的结构。

通过与德国工程公司Basler & Hofmann合作，苏黎世团队部署了这项制造工艺，在公司总部的院子里创建了一棵3D打印的 "未来之树"，并且树的柱子在几个小时内就可以完成自我支撑。

苏黎世联邦理工学院此前还参与了其他几个建设项目，与扎哈-哈迪德建筑事务所合作，创建了一个5吨重的3D打印弧形外壳混凝土馆，并使用3D打印机和机械臂数字化制造了一栋三层楼的房子。

△白塔门厅的内景效果图。图片来自Hansmeyer/Dillenburger

白塔的打印

穆勒根斯的复兴项目是剧院导演和Origen文化节创始人乔瓦尼-内策的创意。苏黎世联邦理工学院教授Benjamin Dillenburger和数字建筑技术研究小组的Michael Hansmeyer与Origen基金会一起设计了这座塔，它将主要由有机形状的3D打印白色混凝土柱组成。

这些柱子支撑着四层楼，每层楼的高度在四米到八米之间，并在塔顶形成一个圆顶，圆顶内将有一个舞台，可以举行戏剧、舞蹈表演和音乐会。

来自国家研究中心（NCCR）数字制造部的另外三位ETH教授也与迪伦伯格一起参与了该塔的开发。Robert Flatt负责混合可打印的混凝土材料，Walter Kaufmann负责打印部件的结构完整性和连接，AndreasWieser将专注于建造过程中的计量和检测要素。

这座塔塔的建设将于2022年4月在现场开始。据报道，机器人打印机将能够在两个小时内打印出一个三米高的柱子，每个3D打印元件都将被设计成可以在另一个地方拆卸和重建的塔。

使用3D打印技术进行建造，将能够生产出复杂几何形状的柱子，并且通过消除对模板的需求，还将需要使用更少的原材料。

△剧院导演Giovanni Netzer；ETH负责研究的副主席Detlef Günther；联合会主席Guy Parmelin和格劳宾登州政府委员会的Mario Cavigelli（从左至右）。照片来自Benjamin Hofer

混凝土3D打印

在建筑领域，3D打印正被越来越多地用于提供增强的材料特性，降低制造时间和成本，并在新建筑的建造过程中提高材料效率。

近年来，该领域也取得了一些进展，加州大学伯克利分校的研究人员正在研究一种新方法，将3D打印的聚合物八边形格子纳入混凝土结构中作为加固物，使结构的重量更轻，同时保留基本的承重能力。

在其他地方，斯里兰卡Sri Jayewardenepura大学和英国诺森比亚大学的研究人员已经确定了3D打印阻燃混凝土墙的最佳参数设置，而斯威本科技大学和河北工业大学的科学家则试图通过将建筑垃圾重新利用到3D打印混凝土中来提高该行业的可持续性。

5月，瓦伦西亚理工大学的一个研究小组开发了一种获得专利的3D打印的钢筋混凝土梁的替代品，其形式为3D打印的塑料块，可以像乐高砖一样组装起来，并在原地凝固。