3D打印在BIM及土木工程中的應(yīng)用-重慶大學(xué)張子豪1827

主講人：張子豪重慶大學(xué)土木工程學(xué)院本科生

重慶大學(xué)BIM俱樂部

重慶大學(xué)3D打印與增材制造協(xié)會BIM高校學(xué)生聯(lián)盟3D打印與建筑信息系統(tǒng)協(xié)同應(yīng)用BIM高校交流qq群直播群號：4787261252017年12月10日晚19:30010203043D打印的基本原理與流程演示3D打印建筑與數(shù)字制造實例建筑3D打印實例國內(nèi)知名建筑3D打印企業(yè)張子豪重慶大學(xué)土木工程學(xué)院本科2014級土木工程專業(yè)保研至同濟大學(xué)，城市軌道與鐵道工程專業(yè)主講人張子豪重慶大學(xué)3D打印協(xié)會創(chuàng)始人首任社長重慶大學(xué)創(chuàng)客空間協(xié)會創(chuàng)始人重慶大學(xué)人工智能協(xié)會創(chuàng)始人重慶大學(xué)專利協(xié)會創(chuàng)始人專注3D打印技術(shù)與智能硬件張子豪參與的項目國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目“3D打印技術(shù)在建筑構(gòu)部件生產(chǎn)中的應(yīng)用”項目第一負(fù)責(zé)人，結(jié)題評級“優(yōu)秀”

項目主要內(nèi)容：兩種建筑工業(yè)化新結(jié)構(gòu)3D打印機:龍門式絲杠傳動3D打印機塔吊式柱坐標(biāo)3D打印機、混料3D打印噴頭的設(shè)計制作

重慶大學(xué)3D打印協(xié)會創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果2016第九屆全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽一等獎（教育部主辦）2017第十屆全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽一等獎（教育部主辦）2017第十五屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽重慶賽區(qū)一等獎2017第三屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽重慶賽區(qū)金獎（教育部主辦）2016第九屆“高教杯”全國大學(xué)生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品建模大賽一等獎（教育部主辦）2014第一屆工業(yè)4.0-國際大學(xué)生3D打印機設(shè)計邀請賽特等獎（冠軍）（同濟大學(xué)主辦）2017國創(chuàng)科研項目“3D打印技術(shù)在建筑構(gòu)部件生產(chǎn)中的應(yīng)用”結(jié)題成績優(yōu)秀

2017第十一屆iCAN國際創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國決賽一等獎2015參展清華大學(xué)創(chuàng)客節(jié)、重慶市創(chuàng)客節(jié)、優(yōu)秀大學(xué)生創(chuàng)業(yè)項目展，獲副市長屈謙好評2017年重慶大學(xué)全校學(xué)生社團考核總分第一入駐團委、研創(chuàng)園、大創(chuàng)谷創(chuàng)業(yè)基地010203043D打印的基本原理與流程演示3D打印建筑與數(shù)字制造實例建筑3D打印實例國內(nèi)知名建筑3D打印企業(yè)01PARTONE3D打印的基本原理與流程演示3D打印的基本原理與行業(yè)現(xiàn)狀1、以3D打印為代表的智能制造已成為“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的重要推動力，代表著國家高端制造業(yè)的水平。與傳統(tǒng)制造的“銑削、磨削、車削”不同，3D打印代表的增材制造體現(xiàn)了“0廢料”環(huán)保制造理念，隨著工程塑料、金屬、光敏樹脂、硅酸鹽材料、醫(yī)用材料3D打印技術(shù)的成熟，將引發(fā)模具加工、建筑業(yè)、醫(yī)療器械行業(yè)的革命。常見3D打印原理：FDM、SLA、SLS、SLM、DLP、3DP2、國內(nèi)3D打印技術(shù)政策一路向好，2018年市場規(guī)?？蛇_(dá)200億元，將成為全球最大的3D打印市場。2017年，國家大力推動特色小鎮(zhèn)、裝配式建筑、供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。

重慶大學(xué)3D打印智造工坊歡迎光臨重慶大學(xué)B區(qū)3D打印工作室市面上常見的幾種3D打印機常見3D打印機結(jié)構(gòu)：Corexy、UM十字滑塊、i3龍門式、并聯(lián)臂太爾時代UPBOX3D打印機圖片來源：太爾時代、3D虎，侵刪三維建模使用三維建模軟件或通過逆向工程（三維掃描）獲得模型三維模型后處理模型修復(fù)、填補漏洞，生成水密實體切片將三維模型轉(zhuǎn)成數(shù)控NC代碼設(shè)置填充率、支撐、擺放等3D打印及模型后處理去除支撐、打磨、拋光、上色3D打印的流程文物保護重慶大學(xué)校史館馬寅初雕像文物保護重慶大學(xué)民主湖石碑實拍圖三維掃描Scanningtheroom三維建模使用三維建模軟件或通過逆向工程（三維掃描）獲得模型三維模型后處理模型修復(fù)、填補漏洞，生成水密實體切片將三維模型轉(zhuǎn)成數(shù)控NC代碼設(shè)置填充率、支撐、擺放等3D打印及模型后處理去除支撐、打磨、拋光、上色3D打印的流程01020304柔性制造、數(shù)字驅(qū)動通過數(shù)字化建模獲得模型材料特點力學(xué)模型簡明010203043D打印的基本原理與流程演示3D打印建筑與數(shù)字制造實例建筑3D打印實例國內(nèi)知名建筑3D打印企業(yè)02PARTTWO3D打印建筑與數(shù)字制造實例云亭（同濟大學(xué)袁烽教授團隊）2017.11上海城市空間藝術(shù)季臨港聯(lián)合展袁烽同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，兼任同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院建成環(huán)境技術(shù)中心副主任、本屆藝術(shù)季“數(shù)字建造”分策展人。云亭（同濟大學(xué)袁烽教授團隊）2017.11上海城市空間藝術(shù)季臨港聯(lián)合展3D打印云亭，使用六軸機械臂進行空間3D打印（耗時500小時）材料：加入特殊纖維的熱塑性高分子改性塑料2017年10月建成

采用結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法對空間網(wǎng)格局部加密，實現(xiàn)力學(xué)與美學(xué)的統(tǒng)一

3D打印橋梁（同濟大學(xué)袁烽教授團隊）同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院門口跨長分別為4米和14米2017年7月建成材料：改性塑料裝配式單元耗費360小時打印

“數(shù)字金屬”亭（蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院迪倫博格教授團隊）世界上首座全部由3D打印、金屬翻模構(gòu)件組合而成的空間結(jié)構(gòu)2017.11上海城市空間藝術(shù)季本杰明·迪倫博格是蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院建筑系數(shù)字建造技術(shù)中心教授，專注于計算機設(shè)計與數(shù)字建造，特別是大尺度增材生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化與結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計使用BESO方法（雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法）對結(jié)構(gòu)進行減重增效，并對犀牛軟件進行二次開發(fā),得到優(yōu)化軟件“BESO3D”三維懸臂梁模型在頂部點荷載作用下優(yōu)化的結(jié)果，僅用百分之二十的材料就可達(dá)到結(jié)構(gòu)最大剛度，達(dá)到力學(xué)和美學(xué)的統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化與結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計工程實例（卡塔爾國際會展中心）使用BESO方法（雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法）設(shè)計的節(jié)點，并進行3D打印蠟?zāi)７T謝億民院士團隊與華中科技大學(xué)模具國家重點實驗室合作相關(guān)論文《3D打印技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用展望》同濟大學(xué)陶雨濛陳以一等1、復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點：加勁肋球節(jié)點、加勁肋圓管相貫節(jié)點。無焊接殘余應(yīng)力2、澆鑄模具：鑄鋼節(jié)點3、抗震耗能構(gòu)件：箱形截面耗能連接4、建筑施工異形模板5、智能化施工：自由形式施工《3D打印技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)模型試驗中的應(yīng)用》華南理工大學(xué)陳慶軍等1、3D打印節(jié)點的桁架、塔吊模型2、grasshopper參數(shù)化建模的3D打印節(jié)點網(wǎng)殼及其靜載試驗010203043D打印的基本原理與流程演示3D打印建筑與數(shù)字制造實例建筑3D打印實例國內(nèi)知名建筑3D打印企業(yè)03PARTTHREE建筑3D打印實例直接打印混凝土構(gòu)件中國建筑科學(xué)研究院混凝土3D打印機（荷蘭埃因霍溫技術(shù)大學(xué)）04PARTFOUR國內(nèi)知名建筑3D打印企業(yè)盈創(chuàng)建筑科技（上海）有限公司盈創(chuàng)建筑科技（上海）有限公司河南太空灰建筑3D打印團隊主控系統(tǒng)制作中車間鳥瞰機體部分圖片Pictures主控系統(tǒng)制作中車間鳥瞰機體部分圖片Pictures河南太空灰3D打印團隊切片軟件3D打印建筑的優(yōu)勢與劣勢優(yōu)勢1、快速、自動化：24小時打印10幢200平方米2、異形曲面、參數(shù)化設(shè)計3、人力成本銳減劣勢1、缺乏與BIM軟件接口、缺乏專業(yè)的切片軟件2、機器尺寸3、材料問題：塌落度、振搗養(yǎng)護、鋼筋、層間抗剪性能、收縮徐變、材料成本4、立法問題：規(guī)范：混凝土規(guī)范、施工規(guī)范、抗震規(guī)范010203043D打印的基本原理與流程演示3D打印建筑與數(shù)字制造實例建筑3D打印實例國內(nèi)知名建筑3D打印企業(yè)個人觀點1、3D打印在建筑行業(yè)短期內(nèi)難以得到大范圍推廣應(yīng)用2、3D打印具有柔性制造、數(shù)字驅(qū)動、參數(shù)化建模、全自動化等特點，因此在以下科研領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景①結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化與結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計的實現(xiàn)（3D打印翻模鑄模節(jié)點、云亭）②風(fēng)洞實驗試件制作（反映風(fēng)載體型系數(shù)、渦流、渦激共振、邊界層分離等流體現(xiàn)象）③臨時緊急修建的建筑（護坡墻、隔斷墻）④古建筑文物保護⑤科研試件的制作（高速鐵路軌道和軌枕的扣件螺母）參考文獻(xiàn)《3D打印技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用展望》同濟大學(xué)陶雨濛陳以一等《3D打印技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)模型試驗中的應(yīng)用》華南理工大學(xué)陳慶軍等《中國建設(shè)教育》2017年第五期謝億民院士科技團隊網(wǎng)站清華大學(xué)土木系馮鵬教授課題組同濟大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院袁烽教授課題組2017上海城市空間藝術(shù)季臨港聯(lián)合展同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院蔣正武教授課題組中德工程學(xué)院工業(yè)4.0實驗室同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院周宇、許玉德課題組蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院