建筑应用案例

科技与设计的完美结合,成都驿马河公园3D打印桥来啦!

日前,由上海酷鹰科技有限公司与上海建工园林集团、中国建筑西南设计研究院景观院、上海建工机施集团共同打造的成都驿马河公园“流云”3D打印景观桥一经亮相,就引发了极大的关注!

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成都桥现场实拍

 

成都驿马河公园“流云”3D打印桥(以下简称“成都3D打印桥”)位于成都龙泉驿区驿马河公园杉影湖之上,这也是酷鹰继上海桃浦3D打印桥、福建泉州3D打印桥后,完成的第三座尺寸更大、造型更优美、工艺更完善的超大型高分子材料3D打印桥。

成都3D打印桥整桥全长66.58米,其中3D打印桥部分长22.5米、宽2.6米、最高处 2.7米,桥梁造型蜿蜒灵动,设计灵感源于驿马河自由奔腾的河流,似舞动的丝绸在河面展开,伴随着光影的变幻,产生极具艺术感的视觉享受,彰显科技与设计的完美结合。

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设计效果图

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成都桥现场实

 

那么,这座超长的高分子材料3D打印桥是如何打造而成的呢?

 

总体技术路线

 

成都3D打印桥的总体技术路线为:结合数字化技术进行桥梁造型设计优化,将整体3D打印桥分成20段进行熔融沉积成型形成分段打印构件,承重结构采用箱型钢梁,独立的打印构件通过机械连接方式和钢箱梁进行可靠连接,在现场进行分段组装完成。

一方面,多维度曲面的桥身设计与有机渐变的表皮肌理,如果采用传统工艺较难实现,且费时费力。而采用3D打印的方式能将桥身、桥栏杆等所有部件,一并纳入外观体系,一体化完成打印制作,百分百还原参数化设计理念,实现设计与施工建造技术的融合。

另一方面,目前大多数增材制造技术采用熔融沉积成型工艺时都会产生残余应力和翘曲问题,因此我们在成都3D打印桥的整体制作中采用了多因素分析法,即通过控制环境温度、材料三段熔融温度、玻璃化温度、单层打印时间等打印工艺参数来解决打印构件由于迅速降温导致的翘曲及形变过大的问题。再通过酷鹰五轴增减材一体机(BGAM)的高精五轴CNC加工系统,将预留给打印变形量的余量去除,确保了分段打印构件的精度,完美展现了成都3D打印桥的整体设计效果。 


1. 桥梁造型设计

 

桥梁造型从有机、自然的概念出发,结合成都整体城市格局规划进行3D打印桥扶手及外肌理的设计,一侧桥梁扶手中间高峰两端平缓,寓意”一山连两翼”;另一侧桥梁扶手两端高峰中间平缓,寓意“两山夹一城”,桥梁采用参数化设计,在满足功能和空间的同时,使建筑与当地的人文景观完美融合,也体现了成都深刻的文化底蕴。

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成都桥左侧纹理“一山连两翼“

 

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成都桥右侧纹理“两山夹一城”

 

2. 整体工艺优化

 

采用数字化设计,将分段桥梁的数字化模型通过专用软件进行力学搭载模拟仿真以及拓扑优化仿真,再借助酷鹰的工业级切片软件,结合各种路径及填充算法,生成数控系统可识别的G代码即打印轨迹。

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3D打印桥分段处理

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有限元结构分析优化

 

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结构拓扑指导打印轨迹

 

3. 3D打印及温度场监控

 

对桥段进行最终模拟打印后,使用抗老化与耐候性极佳的高分子颗粒料ASA-GF,通过酷鹰五轴增减材一体机(BGAM)进行7x24小时不间断3D打印。同时为了确保打印质量,我们在打印全程实时监控打印构件温度场,进行温度数据记录以及参照经验参数比对,确保打印构件较小的形变以及最佳的打印质量,从而实现闭环打印,这也是成都3D打印桥与酷鹰之前完成的两座桥相比,引入的一大新技术。整个3D打印桥耗费12吨材料,仅用35天便完成了全部桥体的3D打印工作。

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正式开始3D打印

 

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打印全过程温度场监控

 

4. 在同一台设备实现3D打印及五轴CNC加工

 

成都3D打印桥每段构件均采用增减材一体化制造工艺。我们将打印好的桥段,借助激光点云三维扫描技术,进行点云模型与原设计模型进行合模碰撞检测,从而进一步确保加工精度。然后将打印好的桥段在同一设备(BGAM)上直接进行端面CNC加工,大幅节约时间与人力成本,实现增减材一体化制造,保证拼装质量。

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桥体分段三维扫描

 

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打印模型与扫描模型合模色阶图量化误差

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使用BGAM进行桥体分段CNC加工

 

5. 安装落成

 

数字化建造技术贯穿了成都3D打印桥从设计到制造的整个过程,整个3D打印及CNC加工过程均为自动化制作,大大减少了人工的使用,与传统开钢模制造异形造型的桥梁相比,至少节约50%的时间与金钱成本。日前,成都3D打印桥已正式落成亮相,并结合数字化灯光技术进行整体展示,与当地的园林景色相得益彰,彰显了美轮美奂的科技感。

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现场安装

 

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进行整体3D打印桥三维扫描检测

 

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安装完成

 

一座桥,改变的不仅仅是公园样貌,还有一个城市的发展格局,工业级3D打印与景观桥梁的结合,呈现了一座科技与艺术相融合的完美作品,有效助力了建筑景观的数字化、智能化建造,从而形成一个充满多元活力、现代科技的公园城市。

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成都桥现场实拍