国外开放式创新协作推进3D打印混凝土技术的迭代升级

来源： 砼策智库
作者：砼婳

创新是引领社会发展的最大动力之一，是推动人类文明进步的重要力量，所以创新应该存在于各个行业。在国外，由建筑公司、混凝土供应商以及材料学专家等多个领域相关的公司联合组成了Huizenprinters团队，这些人凭借着自身求知探索的热情和强大的毅力，朝着共同的目标“3D打印混凝土”一起努力，为混凝土新技术应用而奋斗。

由混凝土3D打印出的壳形亭
团队使用的混合材料在堆叠过程中的临界高度是30厘米高，在项目的过程中的挑战接连不断，历经4年才完成了今天这件令人印象深刻的3D 打印混凝土作品，它的出现对混凝土的创新应用有着深刻的意义，项目的完成不需要钢筋或定制模具便是这其中最重要的意义了。

当团队确定将3D打印混凝土拱形构件设立为目标时，这个由多领域组成的专业团队便遇到了问题，他们发现距离流畅打印还存在很多的专业知识漏洞。于是他们迅速拜访了在机器人与建筑领域有着多年经验的两位专家，通过沟通学习，他们决定将项目的方向定义为“开放式创新”的模式，因为这样的工艺技术突破是需要多学科、且持续的进行，才能实现这项工艺技术的可持续发展。

△3D打印混凝土实验装饰构件的打印生成

开放式创新与创新的挑战
在实践创新生产方式的过程中，更重要的是具备创新的思维模式，团队通过搭建开放式的网站平台，来共享成果并吸收更多有助于技术突破的知识和资源，这是非常新颖的信息整合方式，他们通过网站和论坛收获了非常多的专业知识和想法，这些都有助于对团队创新思维的优化，所以在这个项目中团队也采取了知识共享的原则。

经过几年的技术研发、设计制造策略的更新换代、机器及数控软件的多次迭代，他们最终开发了一种能够大幅度加速混凝土硬化的工艺：通过在机器人的混凝土泵头添加一个促凝装置，它是通过一个导管将促凝剂按比例同步注入到打印的喷头处，并与混凝土一起挤出，这样混凝土混合物在几分钟内就能凝固，在此项工艺提升后，高效率的3D打印混凝土变的不再困难，并能够生产较复杂设计的构件。

此外，该形式意味着需要采用非平面的打印策略，所以连带机器人的混凝土泵头角度也需要相应的倾斜跟随。简而言之，在还未解决完一个挑战的同时，另一个问题就接踵而至，但在这样一个高专业度和强信念团队的不懈努力下，这些问题最终都得到了系统性的解决。

历经挑战后的海阔天空
第一个试验目标取得了成功，但事实证明，这仅仅是一次侥幸，接踵而来的是一系列的生产问题。在冬天气温低下和春夏气温升高的外在条件影响下，混凝土成型的形态和精度都遇到了各种问题，但失败是成功之母，通过不断地研究和调整，终于使项目取得了惊人的成绩。

团队采用参数化设计，可以快速连续地实现造型的变化。参数化技术对天气载荷自动计算并通过大量数据对作用在每层混凝土进行受力分析以及结构分析，完美解决了上述的问题。此外，它还可以无缝地将整体构件的剖面数据转化为机器人代码，全数字化的进行整体设计。

3D打印混凝土的可持续性
通过上述参数化设计技术，也解决了该装置的结构自受力问题。它可以不使用模具成型，这个项目深度展现了这项技术的潜力。混凝土不仅在没有任何支撑结构的情况下打印成型，而且仅需要使用临时的支柱进行组装，这些支撑结构被拆除后，还可以在其他项目中重复使用。

该项目完全由整体自身结构承受压力（利用混凝土自身强度），因此不需要使用钢筋承重，所以它只用混凝土就可以完成整体构筑。这个特点令其回收也变地十分便捷，其可持续性下一步发展阶段就是使用再生的混凝土作为骨料继续进行3D打印。

最终呈现的效果令所有人都为之振奋，细腻的3D打印混凝土肌理纹、完美的支撑结构，相比于其他的打印项目，团队为之付出更多的心血在这一刻得到了回应，这个由各专业领域精英组成的团队，通过四年的努力成功的完成了项目，其留下的开放式网站和论坛从长远角度来看也有着重要作用，未来会有更多志同道合的人，通过论坛为混凝土材料的发展谏言，为3D打印混凝土领域的进步添砖加瓦。