像石头一样打磨:采用高科技混凝土的超现代工业3D打印

voxeljet公司标志石 – 超乎想象的3D打印和混凝土靠模设计案例

voxeljet, 弗里德伯格,2017年12月

从远处看,这块标志石看上去极其普通 -- 但是走近从正面看,就会有全新的发现。voxeljet的logos是从带有明显倒扣的岩石结构上凸显出来的。也许会有人认为这是经过数位石匠的精心雕琢,历经数月的心血之作—其实不然,在这背后是一种与之迥然不同的生产工艺:最先进的3D打印技术。与在岩石上雕刻相反,这是一种使用粘结喷射技术制造出来的复杂模型。这些模型之后使用混凝土浇铸。voxeljet公司的标志石结合了最新的成型技术和最先进的高科技混凝土,是建筑和建造业上史无前例的应用案例。

3D打印,也被称为增材制造,在各行各业中以近乎每天的速度攻克新的应用领域。voxeljet作为工业级3D打印系统制造商,始终走在3D行业的最前端。

过去,金属铸造厂是voxeljet工艺的主要应用对象。 3D打印能够使用硅砂在尽可能短的时间内生产出最高精度的复杂砂模和砂芯。整个生产过程无需开模环节,只需CAD数据,并辅以3D打印即可生成砂模和砂芯。 voxeljet在全球的所有服务中心都可实现按需生产。

建筑和建造行业的混凝土浇铸3D打印技术

voxeljet公司的标志石是建筑和建造行业3D打印可行性应用的一个示范案例。和金属浇铸一样,混凝土同样可以浇到打印好的砂模中。根据应用和几何结构的复杂程度,可以用3D打印做出可重复使用的靠模以及一次性型芯。3D打印的优势在于它是一种无需工具,成本优化的生产工艺。 voxeljet的3D打印系统可以在尽可能短的时间内生成出高精度的复杂几何模型。而用传统的生产方法,很难或者完全不可能生产出这类形状复杂的模型。

voxeljet看到了建筑和建造行业上混凝土浇筑应用的巨大潜力。使用voxeljet的3D打印系统,可以轻松实现对外墙、室内设计元素甚至家具的打印,同时该应用也适用于艺术和设计领域。

voxeljet与高端混凝土设计和模型制造的前沿企业Dade Design Concrete works GmbH就公司标志石项目进行了第一次的顺利合作。

打印过程:从CAD文档到完工的真实物体

最初只是CAD设计文档。为了充分利用3D打印的优势,voxeljet选择了混合制造,结合打印模型和传统元素。复杂的部分,标志石的前面部分交由3D打印来完成。简单的几何形状,如直线型表面,则用传统木模。

voxeljet公司标志石的主要复杂部分在于从岩石结构上凸显出来的logo。利用 3D打印的手段,可以实现无限自由的设计,即使是带有倒扣和有意为之的凹凸几何结构也毫不费力的予以实现。voxeljet市场应用总监Tobias King说:“公司标志石的浇铸案例,足以证明我们可以生产出用传统铸造手段无法实现的几何结构。

打印初始,CAD文档加载到打印机系统中,模型被一体打印成型。标志石的模型在voxeljet VX4000的打印机上进行,仅一个晚上的时间就完成所有的打印任务。VX4000是目前世界上最大的工业级3D打印系统,成型尺寸为4x2x1m(LxWxH)。

VX4000的平台上铺设一层仅为300μm层厚的砂子,之后打印头有选择性地喷涂粘结剂。打印任务结束之后,去除未粘结的砂子并用压缩空气进行吹扫。 在准备混凝土浇铸之前,我们将模型浸入PU胶中用于封闭孔隙同时密封表面。

混凝土块浇铸

接着我们将后处理过的模型送到瑞士Dade Design,交由专业人员进行浇铸。

为了更容易的去除浇铸后的砂模, Dade Design在模型上使用了脱模剂。 Dade Design公司的负责人Andy Keel说:“尽可能方便的将模型,尤其是字母的模型从铸件上取下来,且不对混凝土造成任何损坏,这一点非常的重要。”对于Keel而言,“工业3D打印”是一种创新,开拓了混凝土模型制造的全新视野,3D打印可以让我们使用全数字化生产流程,为我们节省了宝贵的时间和精力。

在打印的logo固化之后,Dade Design的第二步就是浇铸剩余的石块。为了实现这一目的,混凝土浇铸人员采用了自密实混凝土UHPC(超高性能混凝土)。大约20个小时后,混凝土完全硬化,之后就可以小心的将模型取下。

模型取下后,标志石基本上就呈现出了和打磨之后一样的品质。在最后的抛光阶段,Dade Design的员工将之称为给混凝土化妆,抛光后的石头表面均匀光滑。混凝土铸造的第一次测试结果就令人惊叹。3D打印机制造商voxeljet通过最先进的3D打印技术和高端工艺拓宽了传统铸件的视野。“在过去的建筑中,那些不可思议的事情现在都可以通过3D打印和特殊研发的UHPC混凝土的结合来实现”Keel补充道。现在这块带有voxeljet logo的标志石目前就摆放在voxeljet行政大楼的入口处。