【列印良品】3D 列印成為建築設計新元素

作者:INPLUS

3D 印表機技術持續進展,可以印出基本模型、食物、人體器官等,在許多領域也都有相當廣泛的應用,本篇文章帶您瞧瞧 3D 列印技術與機器人在建築領域的合作,進行大規模 3D 列印,包括運用材料的自然屬性製作新環保建築,以及結合設計與智能建造基礎設施。

自然的 3D 列印施工方法

位於西班牙巴塞羅那的加泰羅尼亞高級建築研究所(Institute for Advanced Architecture of Catalonia,簡稱 IAAC )正在開發「大規模 3D 列印方法」,運用未燒結的粘土與機器人共同製作新環保建築,開發者認為這種方式充分利用了材料的自然屬性,一旦技術成熟,將會改變房屋和其他結構的設計與建造方式。

由自然原料混合成的黏土(圖片來源:INPLUS 提供)

將黏土3D列印成一系列像自然融合在一起的波浪

此開發案的技術目的為「Beyond the Robot」(超越機器人),希望設計與研究能著重在材料的屬性和行為,而不只是藉助單純的機械運動。其下有「Terra Performa」 和 「On Site Robotics」 兩個計畫,分別從不同的角度切入,首先採取模組化的作法,並於第二階段進行全面的高科技整合。

Terra Performa 的模組化設計方便堆疊(圖片來源:INPLUS 提供)

在 Terra Performa 計畫中,IAAC 看重黏土能自我調節建築物濕度的特性, 創新研發了傳統黏土材料,同時也希望能藉此消除黏土「傳統」或「欠發達」的污名。為了實現這個想法,IAAC 採用模組化的方式進行設計,應用機器人手臂與參數化的尖端設計,將黏土 3D 列印成一系列自然融合的波浪。

Cogiro 電纜機器人就像一台巨大的 FDM 3D 印表機(圖片來源:INPLUS 提供)

現場使用的機器人 Cogiro 是由 IAAC 與西班牙 Tecnalia 材料工程公司合作的結晶,他們經由特別的設計,利用電纜將 Cogiro 懸掛在建築物上方,形成一個巨大的 FDM 3D 印表機。值得一提的是,Cogiro 機器人與普遍用於監控構建的飛行無人機相互搭配,可以記錄黏土的熱訊息,避免任何不穩定的層,藉此優化 3D 列印的工作。

世界上第一座 3D 列印鋼橋

2015 年起,荷蘭設計師 Joris Laarman 致力與機器人製造技術公司合作,計畫建造一座 12 米長的人行天橋,經歷三年之久,這座由荷蘭機器人公司 MX3D、艾倫圖靈研究所與奧雅納大學的數學家們共同創造的 3D 列印鋼橋已成功產出,並於 2018 年 10 月 20 日至 10 月 28 日舉行的荷蘭設計週期間展出,勘稱「世界上第一座 3D 列印鋼橋」,預計今年安裝於阿姆斯特丹的一條運河上。

這座 3D 列印鋼橋長 40 米,歷經三年多正式完工(圖片來源:INPLUS 提供)

MX3D 表示:「我們已啟動了許可證流程,而且經過測試後,也獲得令人滿意的成果,希望它能在夏季安裝,這項工程大致可以在六個月內完成。」

最初的計畫是讓 3D 列印臂懸掛在運河上方,透過訂製的機器人,在半空中進行 3D 列印。這樣的操作方式雖然令人興奮,但團隊擔心會對環境與行人造成干擾,於是放棄該計畫;儘管在這個開創性的 3D 列印橋梁計畫的初期出現一些問題與延宕,目前也算完成了。

3D 列印鋼橋搭配一系列感測器,透過數據回傳,設計師與工程師能改善未來的設計(圖片來源:INPLUS 提供)

為了確保橋梁的安全性和優化性能,3D 列印鋼橋配備了一系列的傳感器,能將重要信息傳遞給設計師和工程師,他們將根據收集到的數據建立一個「數字雙橋」模型,以便和未來的設計比較與調整。

這座「智能」橋除了會監控自身狀況、記錄過橋的人數與速度、測量重量分散與空氣質量外,它的美學也相當獨特。整體設計呈現有機、多曲線的織物狀;另外,橋梁的表面在完工後沒有經過拋光處理,保留了建造後的原型,能清楚看出 3D 列印過程中沉積下來的不同層面,展現其原先粗糙、不尋常的光潔度。

小結

為了滿足人們對建築物結構的要求、呈現的視覺感受,甚至對環境友善等需求,建築設計方法越發創新,愈來愈講求建築材料的特性與更有效率的施工方法。3D 列印與建築設計攜手結合,為建築設計增添一項可運用素材,期待未來看見更多與科技創新結合的作品,使建築產物成為更具象徵意義的審美對象。

(本篇文章整理自 INPLUS;責任編輯:賴佩萱)

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將3D Printer推廣到個人藝術創作、創意工作室及一般民眾家庭之中,藉由小量的設計、快速3D成形,讓設計隨時可以充滿在我們的生活中。
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