成都驛馬河公園3D打印橋：長(cháng)22.5米、35天耗12噸材料

日前，由與上海建工園林集團、中國建筑西南設計研究院景觀(guān)院、上海建工機施集團共同打造的成都驛馬河公園“流云”3D打印景觀(guān)橋一經(jīng)亮相，就引發(fā)了極大的關(guān)注！



▲ 成都橋現場(chǎng)實(shí)拍

（圖片來(lái)源：中建西南院景觀(guān)院）

成都驛馬河公園“流云”3D打印橋（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“成都3D打印橋”）位于成都龍泉驛區驛馬河公園杉影湖之上，這也是酷鷹繼上海桃浦3D打印橋、福建泉州3D打印橋后，完成的第三座尺寸更大、造型更優(yōu)美、工藝更完善的超大型高分子材料3D打印橋。

成都3D打印橋整橋全長(cháng)66.58米，其中3D打印橋部分長(cháng)22.5米、寬2.6米、最高處 2.7米，橋梁造型蜿蜒靈動(dòng)，設計靈感源于驛馬河自由奔騰的河流，似舞動(dòng)的絲綢在河面展開(kāi)，伴隨著(zhù)光影的變幻，產(chǎn)生極具藝術(shù)感的視覺(jué)享受，彰顯科技與設計的完美結合。

▲ 設計效果圖



▲ 成都橋現場(chǎng)實(shí)景圖

那么，這座超長(cháng)的高分子材料3D打印橋是如何打造而成的呢？

總體技術(shù)路線(xiàn)

成都3D打印橋的總體技術(shù)路線(xiàn)為：結合數字化技術(shù)進(jìn)行橋梁造型設計優(yōu)化，將整體3D打印橋分成20段進(jìn)行熔融沉積成型形成分段打印構件，承重結構采用箱型鋼梁，獨立的打印構件通過(guò)機械連接方式和鋼箱梁進(jìn)行可靠連接，在現場(chǎng)進(jìn)行分段組裝完成。

一方面，多維度曲面的橋身設計與有機漸變的表皮肌理，如果采用傳統工藝較難實(shí)現，且費時(shí)費力。而采用3D打印的方式能將橋身、橋欄桿等所有部件，一并納入外觀(guān)體系，一體化完成打印制作，百分百還原參數化設計理念，實(shí)現設計與施工建造技術(shù)的融合。

另一方面，目前大多數增材制造技術(shù)采用熔融沉積成型工藝時(shí)都會(huì )產(chǎn)生殘余應力和翹曲問(wèn)題，因此我們在成都3D打印橋的整體制作中采用了多因素分析法，即通過(guò)控制環(huán)境溫度、材料三段熔融溫度、玻璃化溫度、單層打印時(shí)間等打印工藝參數來(lái)解決打印構件由于迅速降溫導致的翹曲及形變過(guò)大的問(wèn)題。再通過(guò)酷鷹五軸增減材一體機（BGAM）的高精五軸CNC加工系統，將預留給打印變形量的余量去除，確保了分段打印構件的精度，完美展現了成都3D打印橋的整體設計效果。

1. 橋梁造型設計

橋梁造型從有機、自然的概念出發(fā)，結合成都整體城市格局規劃進(jìn)行3D打印橋扶手及外肌理的設計，一側橋梁扶手中間高峰兩端平緩，寓意”一山連兩翼”；另一側橋梁扶手兩端高峰中間平緩，寓意“兩山夾一城”，橋梁采用參數化設計，在滿(mǎn)足功能和空間的同時(shí)，使建筑與當地的人文景觀(guān)完美融合，也體現了成都深刻的文化底蘊。

▲ 成都橋左側紋理“一山連兩翼“

▲ 成都橋右側紋理“兩山夾一城”

2. 整體工藝優(yōu)化

采用數字化設計，將分段橋梁的數字化模型通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行力學(xué)搭載模擬仿真以及拓撲優(yōu)化仿真，再借助酷鷹的工業(yè)級切片軟件，結合各種路徑及填充算法，生成數控系統可識別的G代碼即打印軌跡。



▲ 3D打印橋分段處理



▲ 有限元結構分析優(yōu)化





▲結構拓撲指導打印軌跡

3. 3D打印及溫度場(chǎng)監控

對橋段進(jìn)行最終模擬打印后，使用抗老化與耐候性極佳的高分子顆粒料ASA-GF，通過(guò)酷鷹五軸增減材一體機（BGAM）進(jìn)行7x24小時(shí)不間斷3D打櫻同時(shí)為了確保打印質(zhì)量，我們在打印全程實(shí)時(shí)監控打印構件溫度場(chǎng)，進(jìn)行溫度數據記錄以及參照經(jīng)驗參數比對，確保打印構件較小的形變以及最佳的打印質(zhì)量，從而實(shí)現閉環(huán)打印，這也是成都3D打印橋與酷鷹之前完成的兩座橋相比，引入的一大新技術(shù)。整個(gè)3D打印橋耗費12噸材料，僅用35天便完成了全部橋體的3D打印工作。



▲ 正式開(kāi)始3D打印



▲ 打印全過(guò)程溫度場(chǎng)監控

3. 在同一臺設備實(shí)現3D打印及五軸CNC加工

成都3D打印橋每段構件均采用增減材一體化制造工藝。我們將打印好的橋段，借助激光點(diǎn)云三維掃描技術(shù)，進(jìn)行點(diǎn)云模型與原設計模型進(jìn)行合模碰撞檢測，從而進(jìn)一步確保加工精度。然后將打印好的橋段在同一設備（BGAM）上直接進(jìn)行端面CNC加工，大幅節約時(shí)間與人力成本，實(shí)現增減材一體化制造，保證拼裝質(zhì)量。