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• 關鍵詞：                                                                粘結劑噴射3D打印技術                                                                建筑

• 摘要：在建筑結構中，墻壁需要以90°角（垂直）彼此定位。如果出現突出、彎曲或偏移的部分，都需要特殊的建筑模板，制造這種模板的傳統制造方式耗時耗力，而三維彎曲模板這樣的復雜建筑模板制作更是困難。粘結劑噴射3D打印技術是制造建筑模板的新興技術，其優勢是快速、準確的直接制造復雜建筑模板。

建筑模板是混凝土澆筑成形的模殼和支架，是一種臨時性支護結構，按設計要求制作，使混凝土結構、構件按規定的位置、幾何尺寸成形，保持其正確位置，并承受建筑模板自重及作用在其上的外部荷載。

在建筑結構中，墻壁需要以90°角（垂直）彼此定位。如果出現突出、彎曲或偏移的部分，都需要特殊的建筑模板，制造這種模板的傳統制造方式耗時耗力，而三維彎曲模板這樣的復雜建筑模板制作更是困難。粘結劑噴射3D打印技術是制造建筑模板的新興技術，其優勢是快速、準確的直接制造復雜建筑模板。

接下來，將分享一個粘結劑噴射3D打印技術制造復雜建筑模板的案例。

精確、快速的復雜建筑模板制造

德國SAB（薩克森自由州的國家發展研究所），在總部建設期間準備建造一個帶有中間平臺的半圓形樓梯，樓梯將安裝在支撐墻上。這就需要一個非常復雜而精確的混凝土模板，以實現樓梯平滑，均勻的曲線，SAB 將此工作委托給了模板供應商Doka。經過對樓梯模板設計的廣泛評估，Doka根據模板的復雜程度對不同表面進行了分類：一類是傳統的具有圓柱形或圓錐形的單軸曲面；另一類是這個樓梯與眾不同的三軸曲面，也就是樓梯到支撐墻內側的圓形懸垂。
- 建模模板的傳統工藝與3D打印工藝

用傳統工藝生產這種形狀三軸曲面是非常耗時的，在制作時先用木頭或是塑料銑削出模板，再進行手工組裝，然后再進行多次研磨和涂層。由于這種模板通常由各個單獨部分組合而成，需要粘合在一起。為了獲得均勻的混凝土表面，還需要多次對表面進行砂磨和平滑處理。承載部件要采用有機材料并需要在張力狀態下組裝起來，而在施工現場，溫度和濕度的波動乃至一般天氣條件的影響下，都容易發生裂縫，這明顯會影響質量。

- Doka 的建筑模板和制造完成的樓梯結構

 Doka 選擇采用voxeljet-維捷的粘結劑噴射3D打印技術來制造這個三軸曲面模板。根據3D科學谷的了解，voxeljet-維捷 使用其VX 4000 粘結劑噴射3D打印打印系統制造Doka 需要的建筑模板，該系統可生產總體積為 4.00 x 2.00 x 1.00 m 的建筑模板，打印速度為139 l / 小時。

相比傳統方式，粘結劑噴射3D打印技術可以更快地生成組件，可以直接根據3D數據進行模板制造，減少了工程工作量。由于這是一種數字化制造技術，如果建筑用戶在今后需要制造同一設計但不同尺寸的建筑模板，則可以通過尺寸修改，再次進行3D打印，模板制造是易于重復的。此外，從設計到裝配的3D打印幾何形狀的數據一致性，保證了模板的高精度，高精度減少了現場手動返工的后顧之憂。。由于材料均質，受天氣條件影響小，使得質量得到了保證。voxeljet-維捷制造的3D打印模板可承受高達100 kN /m的混凝土澆鑄壓力，對所使用的脫模劑和混凝土沒有限制。

3D打印技術的優勢在制造復雜建筑模板是更為明顯，特別是在多彎曲混凝土構件的情況下，數字化和輕松的過程大大加快了建筑速度。根據幾何形狀的不同，采用粘結劑噴射3D打印技術生產的模板最多可使用40次，這也降低了相同混凝土表面的成本。

- 3D打印模板設計、制造過程

在制造時，voxeljet-維捷在德國服務中心3D打印了七塊砂模，壁厚為21毫米，隨后使用環氧樹脂滲透獲得必要的剛性，然后經多打磨和涂層之后，模板即可使用。打印完成后的后處理，增強了3D打印模板的耐候性和耐刮擦性。目前，在voxeljet 德國、中國、印度等地的3D打印服務中心，都可以提供建筑模板快速制造服務。

在工程中，3D打印模板還將需要與傳統模板相結合，為了能夠與Doka 標準的建筑模板組裝在一起，在設計3D打印三軸曲面模板時，設計師預留了組裝用的孔、連接插件。

這一3D打印模板在裝配時只需要通常裝配時間的十分之一。在組裝模板時，3D打印模板與Doka的CNC切割Xlife面板百分之百匹配，這種混合制造模板的方法保證了模板制造的成本效益。

-應用效果
       通過voxeljet 3D打印模板所制造的建筑樓梯混凝土澆筑結構，沒有產生滲透或是蜂窩現象，質量很好。通過與voxeljet-維捷的合作，Doka認為以后可以將粘結劑噴射3D打印模板應用于制造更多的建筑表面結構。使用voxeljet的粘結劑噴射技術，可以更快速、精確的制造三維曲面混凝土構件模板。遠期看，這也許會改變繁復的混凝土施工過程。除了制造復雜的混凝土模板外，voxeljet-維捷的粘結劑噴射技術還可以用于制造建筑模型。
      根據市場觀察，vvoxeljet-維捷3D打印技術在這個領域的應用包括直接應用和間接應用兩種。在直接應用中，voxeljet-維捷可以通過PMMA 材料制造建筑物中的復制品，例如：使用PMMA 材料3D打印科隆大教堂人物的復制品,或使用該材料制造復雜的裝飾性結構。在間接應用中，voxeljet-維捷可以通過PMMA 材料3D打印建筑模型的鑄造熔模，然后再通過精密鑄造工藝制造出金屬建筑模型，例如：voxeljet 3D打印服務中心，通過3D打印熔模和精密鑄造技術制造1:100的蘭伯特斯大教堂青銅模型。