今年9月份，上海建工自行設計建造的3D列印人行景觀橋在福建泉州百崎湖生態連綿帶落成。該橋以雲和水為設計主題，汲取山水田園的造型靈感，展現行雲流水的意境。
泉州百崎湖生態連綿帶效果圖
3D列印人行景觀橋全長17.5m，寬4m，高3.2m，凈重12噸，由上海建工旗下園林集團園林設計研究總院設計，機施集團數字三維建造中心3D列印項目團隊製造完成。
3D列印人行景觀橋渲染效果圖
針對這座造型複雜的橋樑，項目團隊採用先進的3D列印技術，分為16段進行熔融沉積成型，形成分段列印構件。承重結構採用箱型鋼樑，獨立的列印構件通過機械連接方式和鋼箱梁進行可靠連接，分段構件之間採用結構膠進行防水嵌縫處理。
3D列印人行景觀橋實景
分段列印組合成型前後歷時一個多月，比傳統混凝土灌漿製造法縮短了一半以上的時間。
1 列印材料
該橋列印材料採用ASA+玻璃纖維的新型復合材料，以ASA材料為基礎，添加20%玻璃纖維，加入其它數種助劑。列印材料本身強度較強，摻入一定比例玻璃纖維後彎曲屈服強度能達到50Mpa，耐溫可達到100℃以上，對人體及環境無害，後續可回收進行二次熔融造粒使用。
ASA+玻璃纖維的新型材料
懸臂樑缺口衝擊強度測試機
2 列印裝備
項目團隊採用龍門式3D印表機，由龍門式工具機、3D列印頭、高精度數控系統組成，列印空間範圍15m*4m*1.5m，穩定運動速度10000mm/min，定位精度±0.1mm。
3D列印頭
龍門式工具機在動力設計時採用大轉矩高功率伺服電機，在機械結構傳動上採用齒輪齒條傳動系統，動力配置為串聯變頻電機，通過引入轉速差速負反饋補償計算以及位置誤差、偏置電流信號，保證了整套伺服電機控制系統在電流環、速度環、位置環形成三環閉環，以實現系統的消隙控制功能，有效保證了大空間運動定位精度。
3D列印頭為立式結構，方便與龍門/機械臂結合，輕量化設計使總重≤50kg，擠出產量最大能達到12kg/h，三段式加熱PID，0-500℃可調。口模尺寸5mm-10mm可調，防流涎口模設計使停機時能有效減少口模處溢料，為超大尺度3D列印實現回抽功能提供硬體基礎。在列印過程中持續不斷進行密實工作，既加強了Z方向的層間粘結力，又保證了外觀層紋統一的效果。
高精度BWO數控系統多通道、多軸聯動，運動控制精度高，轉彎失速小，使用EtherCAT總線通訊系統，實時響應度高。該數控系統可集成性強且易於二次開發。
高精度BWO數控系統
3 列印工藝
泉州3D列印人行景觀橋採用了分段列印、預製拼裝的新工藝。分段構件列印工藝如下：整橋模型採用數字化設計，分成16段數字化模型，每段均通過專用軟體進行力學搭載模擬仿真以及拓撲優化仿真，再藉助專用切片軟體，結合各種路徑及填充算法，生成數控系統可識別的g代碼列印軌跡。3D列印分段數字模型處理列印工藝流程如下：
▌使用CAD生成可後處理的高精度列印模型
生成列印模型
▌基於大尺度3D列印的環形填充運動軌跡
填充運動軌跡
▌對路徑模型進行受力分析並指導設計路徑
受力分析
▌對生成的路徑進行仿真模擬
仿真模擬
▌最終列印測試
列印測試
在車間組拼成完整的人行景觀橋後，在現場一次吊裝就位。
在車間組拼完成
在現場吊裝就位
建築領域的大尺度3D列印應用目前還處於起步階段，上海建工的數字三維建造中心作將致力於傳統工藝與3D列印技術、智能建造技術的有機融合，實現超大構件、建築景觀小品、異形模板、模具的列印，並不斷豐富特殊建築部件的加工製造工藝，讓智能建造、智能建築更好地服務城市建設。
數字三維建造中心
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