深潜

3D打印技术将如何破坏常规的施工实践?

到2017年3月,橡树岭国家实验室的一个小组计划公布 世界上第一台3D打印挖掘机,一个概念验证项目,旨在测试金属合金印刷的当前限制,并确定使用所谓的增材制造或3D打印技术创建重型工业设备的可行性。

该项目被称为AME(增材制造的挖掘机)项目,这项工作得到了美国国家科学基金会和设备制造商协会的支持,这是最新的备受瞩目的项目,旨在展示建筑业进行3D打印的机会。中国的建筑商已经推出了 3-D打印的单户住宅 和六层楼 多户公寓楼。根据市场调研公司A的数据,到2019年,全球3D打印机的销售额预计将增长到146亿美元。 2015 预测 由技术研究公司Gartner提供。

对于建筑业,3D打印技术可以通过提供模块化构造替代方案,建筑材料的现场制造以及按需制造零件,工具甚至完整机器的能力来极大地破坏传统的建筑实践。尽管增材制造有望缩短生产时间并降低成本,但专家警告说,该技术可能进一步隔离低技能的劳动力资源,威胁供应链,并需要向该行业招募更多的技术人员和机器人专家。  

大打印机,大成本

不管Project AME的成功如何,在不久的将来3D打印重型设备在工作现场成为广泛现实的可能性很小。

普拉特·博伊德(Platt Boyd), 分公司技术致力于通过最小化而不是最大化使用增材制造来应用3D打印和机器人技术来改善传统建筑实践。

博伊德说:``有很多炒作,但是3D打印并不是所有解决方案的解决方案。它在某些情况下是适用的,但在大多数涉及商品结构的情况下,这不是解决方案,''Boyd说。 “有很多构架和建造建筑物的方法将比3D打印建筑物更快,更便宜。”

目前,这包括制造复杂的机械,特别是需要大型,昂贵的打印机的用金属合金印刷的系统和设备。该组织的副教授约书亚·皮尔斯(Joshua Pearce)表示:“使用高性能合金和超高分辨率打印机进行粉末基激光制造的3D打印处理能力很高。” 密歇根技术开放可持续性技术实验室。 “这些努力从各个方面来说都是高性能的,但是打印机要花费一百万美元,而且必须放在专门的喷砂室中进行操作。它们还没有准备好在建筑工地使用。”

实际上,AME项目将利用一台概念激光机,通过基于粉末床的激光熔化工艺来生产金属零件,项目负责人洛尼·洛夫(Lonnie Love)在声明中说,施工车辆的3D打印可能不会成为普遍做法,即使是OEM厂商,也可以通过打印高度复杂的建筑部件来帮助降低行业成本。

硬件尺寸也是在建筑中广泛采用3D打印功能的障碍。 Winsun装饰设计工程公司在中国使用的打印机来建造其示范公寓楼,例如, 高20英尺,宽33英尺,长132英尺。该建筑商估计,使用3D打印技术可以节省建造11840平方英尺公寓楼所需的材料和60%的劳动力。 

有助于扩展3-D打印技术的模型

Rob Schulten是位于乔治亚州亚特兰大的副总裁 新南建设,该公司正在使用3-D打印技术创建复杂项目的概念模型,包括公司对现代化终端的现代化 哈兹菲尔德-杰克逊机场 在亚特兰大。他说:“当您谈论某人用3D打印挖掘机时,这是一种营销活动,而我们开始在3D打印中看到价值的不仅仅是营销工具,而是协作工具。”

现代化的一大亮点是建造了两个顶篷,以覆盖最终通道。为了帮助钢结构制造商和安装者提高对该项目的投标,New South 3-D打印了该钢结构的比例模型,以演示其如何与码头的基础连接。

舒尔滕说:``这是我们现在看到的价值,因为它消除了许多人为地提高价格的项目不确定性。'' “这使我们的承包商团队更加成功,如果您能节省两到三天的时间来试图解决这个规模如此大的项目中的问题,那么它应该可以转化为实际的节省下来的钱。”

虽然新南方也使用 虚拟现实 对于身临其境的设计评审和项目协作,Shulten说,在小组设置中,3-D原型模型的触觉特性比VR更具优势。他说:“当我们使用Oculus Rift进行沉浸式审查时,只有一个人可以同时戴上耳机。” “当您有一个可以放置在房间中间的触觉块时,概念化变得更加容易对话,并且可以让更多的人参与其中。”  

基于在哈兹菲尔德-杰克逊机场和其他项目中成功使用3-D模型的基础,New South正考虑购买自己的打印机,并将其内部的3D打印操作转移到内部。一万美元的3D打印机的投资可能会因仅几个项目的节省而抵消,舒尔滕说,该公司的虚拟设计团队可以轻松管理该技术。他说:“即使外包,我们也已经为印刷公司完成了大部分设计工作。” “我们向他们发送了一个随时可以使用的模型,而他们只是打印出来。”

技术,工具和人才

在这方面,新南方可能会享有特权,因为建筑行业3D打印增长的主要挑战之一将是寻找专家来操作该技术。即使是相对简单的高冲击力塑料工具的创建,也需要操作员对CAD有一定的了解,并且需要扩展尚未开发的,可下载的产品设计库。

鲍伊德说:“有关零件制造的许多宣传还没有得到证实。” “在小型3D打印机上,还不需要知道如何使用3D打印技术进行建模的点。您必须具备操作该机器的技能。”

在开发3D打印技术时,AEC专业人员可能不愿在工作现场上打印基本工具和零件,而是会利用3D打印中心和传统供应商。 UPS 最近扩展 其按需提供给新加坡的3D打印服务,而Home Depot也在探索 试点计划 与3D打印公司MakerBot合作。舒尔滕说:“在某个时候,我们正在考虑到家得宝并打印零件或工具并以电子方式发送给他们的承诺。”

皮尔斯(Pearce)表示同意,但仍警告说,增材制造对建筑行业的破坏性影响是不可避免的,而且整个工作现场的自动化整体上使许多工作类别面临风险。他说:“我们显然很清楚3D打印机要走多远,而工人需要超越一个相对简单的机器人或几行代码才能完成的工作。” “如果不这样做,您的工作就会陷入危险。”

当前的3D打印时代精神主要是由 RepRap项目 —努力创建可自行打印的3D打印机—尽管担心Pearce证明“我们还不完全达到Terminator的水平,但担心自动化和机器学习的影响的机器人恐惧症却丝毫没有安慰。还没有技术。”

承受负荷

矛盾的是,它推动的3D打印技术及其模块化,预制的建筑技术也可能解决了建筑行业当前的劳工困境。博伊德说:``招募人员进入建筑仍然很困难,因此研究如何使预制件能够承受是一个优势。'' “将建筑视为工厂的过程而不是现场的过程,可以开始解决建筑行业中正在出现和正在增长的劳动力短缺问题。”

美国联合总承包商在2016年8月收集的调查数据发现,超过三分之二(69%)的 总承包商发现很难填补手工业的职位空缺 。另有75%的受访者预计招聘困境将持续到2017年,这促使AGC呼吁联邦和州政府提高初中和高中水平的技术培训。 

例如,Branch 技术 将在明年完成 美国第一家3D打印房屋 结合使用预制的3D打印墙板和与其他建筑系统和传统材料整合的组件。通过将机器人技术与3D打印技术相结合,该团队还希望解决大型项目打印机的尺寸限制。该过程成功的关键是开发可以使用3-D打印技术经济有效地创建的承重组件。

鲍德说:“承重是我们追求并试图验证的事情之一,因此,我们正在对ICC认证测试和ASTM E72测试进行尽职调查。”使用机械臂和龙门打印机可以创建22英尺长和7英尺高的组件,这些组件可以运送到工作现场。

在Branch 技术 扩展中不太可能发现的一件事是3-D打印重型设备。 “很遗憾,要进行现实检查,特别是因为我们当然已获准开发这些用于建筑的技术,但是世界上仍然只有少数3D打印项目能够建造任何东西,” Boyd说。 “最终,这仍然是非常早期的技术。”

正如Gartner的预测所言,3D打印很可能会跟随大多数新兴技术的炒作周期,在受到媒体的突然关注和对该技术的作用和功能的炒作之前,增长缓慢,随后随着采用挑战的现实而幻灭的实现,导致用例的稳定发展和最终的全球采用。

 

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