本文摘要：2014年6月24日，荷兰的一个工程师团队被迫面临新的挑战，他们正在为海牙的一个灯光项目设计张拉整体结构，但是整个结构和电缆包含的错综复杂网络造成结构中恣意不存在着点状链接和类似结构角度。这意味著所有已完成连接功能的节点结构件设计在造型上相互之间都是有差异的--也就是说，1200个连接件没一个形状是反复的!您可以想象，这种情况下工作量可感叹有点大，Arup工程公司在阿姆斯特丹办公室的高级设计师(工程师)Salome Galjaard如是说。

2014年6月24日，荷兰的一个工程师团队被迫面临新的挑战，他们正在为海牙的一个灯光项目设计张拉整体结构，但是整个结构和电缆包含的错综复杂网络造成结构中恣意不存在着点状链接和类似结构角度。这意味著所有已完成连接功能的节点结构件设计在造型上相互之间都是有差异的--也就是说，1200个连接件没一个形状是反复的!您可以想象，这种情况下工作量可感叹有点大，Arup工程公司在阿姆斯特丹办公室的高级设计师(工程师)Salome Galjaard如是说。

该团队拚命工作，全力以赴把每个连接件的造型一一实施，最后已完成了对承包商的1200个构件造型设计的交付给生产。但项目完结后，整个团队开始反省，在未来否可以使用逐级接合生产技术--也就是我们经常说道的3D打印机，来已完成上述情况的新解决方案?我们实在以后这种情况很有可能更加多，所以为什么不就这个问题积极开展一个内部研究呢?是不是更佳的方式来较慢批量生产这种有局部区别的大量构件?Galjaard说道。

混凝土的3D打印机依然正处于早期试验状态，但是在建筑业实质上早已正处于领先了。研究人员早已用3D打印机已完成了类似曲线的板型、简单雕塑、甚至小型整体结构的试验。迄今为止3D混凝土打印机甚至有几个几乎有所不同的构建方法正在实时研发。其中之一就是通过在混凝土与砂石及聚合物的类似混合材料上喷涂催化剂来构建。

另一个构建方法是在早已成型的混凝土层上之后压上新的滑水泥。插画1：一个项目上必须1200个使用传统机加工生产的零件，每一个零件的造型都是独一无二的。这个项目唤起了工程师们对于逐级接合生产技术的未来发展。

插画2：这个可爱的3D打印机构件实现了生产过程的最低效率优化，而不是为了漂亮。金属和钢材料的逐级接合技术几乎有所不同。

Galjaard说明了目前正在试验的方法，将一层十分厚的合金粉末摆放于边长40CM立方体的空腔中。通过一束激光对粉末展开太阳光，根据计算机模型中设计好的方位展开局部冷却，随后大大重新加入更加多粉末并预示激光太阳光。每一次激光太阳光之后，不但不会融化合金粉末，而是连早已成型的下层金属一起冷却融化，直到上下层的熔接完全已完成。成品成型后从空腔内放入，而余下的粉末将被重复使用，根据其配方还能重复使用10到100次。

最后重复使用利用率是受限的，即使柔软的粉末没必要被激光太阳光过，也因为在生产腔中加热变质而无法重复用于。航空航天早已是该技术的先驱，用作防止在耗资高昂的高强度轻型材料在生产中的浪费。我们的挑战是寻找如何设计这种产品的方法，Galjaard回想道。

我们想使用最初设计的节点构件造型然后必要打印机，因为这些完整造型师为了传统生产加工工艺而设计的。于是我们从草图开始，使用新的边界条件，尝试定义节点构件的功能必要性，然后想到能无法寻找优化设计方案。团队从最基本的内容开始：构件节点功能究竟是什么?是如何受力的?团队需要从很多部位去除功能多余的材料。

但是逐级接合生产技术的关键是在空腔上方产生需要受力的水平表面。这必须精心设计和精准的承托方位布局。当然我们可以打印机出有任何形状，但是有可能经常出现打印机出来的承托结构在打印机已完成后必须去除的情况，Galjaard说道。

团队想要极力防止这种后处理的情况，尽可能用一次成型的方法构建够聪慧、够成功、够经济的优化方案。Galjaard说道，这个过程是在仅次于设计维度和逐级接合生产技术之间权衡均衡的结果。对于我们工程师来说，如何解放思想，防止重蹈传统机械加工工艺束缚的设计思路，是十分有意思的一次尝试直到生产开始，整个团队才再一意识到很久不必不受传统机加工工艺的约束，可以享用权利设计的极大优势。

那么多年以来，我们仍然被传统机械加工工艺(工件铣篦)囚禁着Galjaard说明说道我指出3D打印机给我们带给了十分大的设计权利，需要尝试新一代生产技术带给的仅次于效益。最后的构件节点造型十分古朴，具备扫帚一样的结构带着树枝状承托伸延到顶层的平台结构。但整个团队并不考虑到设计中的美学因素。

我们没做到任何美化，实质上这个造型要比完整节点构件的功能性强劲得多。我们只在力学必须的方位摆放了材料(也就是说，整个构件没一丝多余的材料)Galjaard说道。尽管没考虑到美学因素，她指出这项技术带给的设计权利提升了结构件的视觉观感。

这很有可能造成力学结构的可视化。从或许来说，我指出，这不会对整个行业产生影响，也就是说，从设计方面以前我们显然没意识到的问题。

很有可能未来的力学结构将不会从外观上由隐密结构变成可见结构。Galjaard说道。

从现在显然，团队对节点结构件的新的设计更加必要的结果是高度修改。原型构件被设计为不锈钢成型，因为制造商库存中只有这种钢材，所以节点构件生产出来之后实际结构强度比计算出来出有的适当值要大四倍。尽管节点构件的强度没展开必要测试，研究小组依然通过3D打印机出来的钢条展开了测试，结果超过预期指标。尽管刚刚开始，显然超过了十分不俗的结果，Galjaard说道。

但是在我们确实开始应用于该项技术构建原始结构的建筑之前，还有很多材料科学的研究工作要做到，还有很多经验必须累积。目前，钢材漆逐级接合生产技术依然比传统机械加工技术要便宜得多。因此，Galjaard不指出该技术需要在短期内应用于大量的梁柱非常简单结构上面。

她指出更慢的应用于是在类似于上文提及的这种必须小型简单结构件的应用于上。在建筑结构行业，必须生产相互相连的部件。

现在我们需要完结现场大量有所不同形状构件的加装相连工作，Galjaard说道。该技术获取了构建上述有所不同结构产品的自由选择，使得一个构件产品构建全部功能，一次成型，打印机才可。这样就能大大降低加装成本，一方面结构件的数量增加了，一方面加装复杂度也减少了。

更加多益处是生产过程中材料大量节省，产生的部件更加轻盈，运输成本更加便宜。在某些项目上，这些效益不会带给更加多附加值，Galjaard说道。

从仔细观察构件的全生命周期角度抵达，尽管必要成本还是高居不出。但荐个例子来说，在结构项目上，如果所有的节点都减低了重量，那么整个结构的重量也大大上升。这样所有的部件都能显得很轻盈很低廉，因此整体成本不会大幅度减少，她补足说道。

显然还有很多因素必须考虑到进来。虽然现在还做到将近全盘考虑，但是我们指出对于适合的项目而言，该技术的确有很高的经济性。Galjaard这样指出。从现在开始，Arup团队早已在第二个小规模项目上新的设计节点构件，用作测试逐级接合生产技术的实用性。

每次都能给我们带给惊艳。我们只要想起了，产品就能构建。有可能刚开始不会说道不有可能!但迅速就不会找到，为什么不那么做到?这显然有点探险的意思，Galjaard说道。这十分鼓舞人心，但是也很有意思，尤其是技术本身是如何影响我们的思维方式。

来过这里的设计师和工程师都回应十分感兴趣，她补足道。

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