说到桥,大家都不会陌生!生活当中,人们会遇到各种各样的桥:铁桥、石桥、木桥、塑料桥、水泥桥,最古老的桥、最长的桥、最高的桥、最美丽的桥、最险的桥!不过,今天我们要说的却是一座奇特的桥。这座桥虽然只有短短26米长,却敢号称世界最大,这又是为什么呢!
之所以奇特,并不是这座桥的形状特殊,也不是它的材料特别,而是它的制造过程与众不同!这是因为,它是采用3D打印技术制造出来的。虽然只有区区26米,但在世界上却是名副其实的最大3D打印桥!
2019年1月12日,清华大学(建筑学院)中南置地数字建筑研究中心徐卫国教授团队,运用自主研发的机器臂3D打印混凝土技术,在上海宝山智慧湾建成目前世界上规模最大的混凝土3D打印步行桥。
这座桥全长26.3米,宽度3.6米,桥梁结构借取了中国古代赵州桥的结构方式,采用单供结构承受载荷,拱脚间距14.4米。
整座桥的打印,使用了两台机器臂3D打印系统,耗费450个小时完成打印。与同等规模桥梁相比,其造价只有普通桥梁的三分之二!
这座3D打印步行桥,桥体由桥拱结构、桥栏板、桥面板三部分组成。桥体结构由44块混凝土3D打印单元组成,桥栏板分为68块打印单元,桥面板由64块打印单元组成。所有构件的打印材料,均为聚乙烯纤维混凝土添加多种外加剂组成的复合材料,经过多次配比试验及打印实验,具有可控的流变性。材料抗压强度达到了65mpa,抗折强度达到了15mpa。
徐卫国教授团队研发的机器臂3D打印混凝土系统,在三个方面具有独特的创新性并领先于国内外同行:机器臂前端打印头,具有搅拌和挤压推送功能;打印路径生成及操作系统,将形体设计、合理路径、泵送、前端、机器臂运动等系统连为一体,协同工作;采用了独有的打印材料配方。
目前,3D混凝土打印建造方面还存在许多瓶劲问题,该领域技术研发及实际应用竞争日益激烈,国际国内许多科研机构和公司一直致力于这方面的技术攻关,但没有真正将此技术用于实际工程。该步行桥的建成,标志着这一技术取得了可喜的进步,标志着我国3D混凝土打印建造技术进入世界先进水平!
3D打印是一种快速成型装置,它与普通打印工作原理基本相同,只是打印机内装的是液体或粉末等“打印材料”。当打印机与电脑连接后,在电脑控制下,就能把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。
进行3D打印,要遵循一定的程序:先通过计算机建模软件建模,再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,即切片,形成打印文件。打印机通过读取文件中的横截面信息,用液体状、粉末或片状的材料,将这些截面逐层打印出来,再将各层截面以各种方式粘合起来,从而制造出一个个的实体。
这种技术的特点是:几乎可以制造出任何状状物体!
3D打印不是一个新事物,在20世纪90年代初就已经初露锋芒!经过20多年发展,现在的3D打印变得越来越成熟了,玩具、汽车、桌椅、飞机,甚至人体器官,都能用它打印出来……
1993年,美国麻省理工学院获3D印刷技术专利。
1995年,美国ZCorp公司获唯一授权,开始开发3D打印机。
2010年,美国打造出世界上第一辆3D打印汽车。
2011年,英国开发出世界上第一台3D巧克力打印机。
2011年,英国开发出世界上第一架3D打印飞机。
2012年,苏格兰首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。
2018年,俄罗斯利用国际空间站上的3D生物打印机,在零重力下打印出实验鼠的甲状腺。
2019年,美国利用3D打印技术,制造出模仿中枢神经系统结构的脊髓支架。
目前,虽然3D打印技术取得了非常不错的成绩,技术应用也越来越广泛,但有一些现实困难抑制了它的快速发展。其中,最重要的还是材料问题和打印机的限制,不仅缺乏可使用的打印材料,同时也缺乏能够完成打印程序的机器!不过,这些难题随着科技的不断发展,将会逐步得到有效的解决。
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