沙模筑造蕾丝凸透状单元件

3D混凝土打印蕾丝立面元素，使用圆形沙模制成

3D printing concrete lace facade 

elements made of circular sand molds

?Kees Leemeijer

如同糕点师在蛋糕上设计华丽的鲜奶油一样，3D打印混凝土机器人在埃因霍温生产车间的沙壤基座上打印混凝土模型。可以在大约五分钟的时间里，将三层相对较薄的混凝土相互叠加成型，其样式让人联想到珊瑚结构和蕾丝造型。在打印完成后，会创建一个高约1米、重约20公斤的椭圆形透镜状的单元件。就这样，机器人在过去一年中打印了一整套测试件，这些单元件都是“花丝自由曲面（Filigree Freeform Facades）”的一部分，该项目由TU Eindhoven、建筑教授、建筑事务所和3D打印混凝土公司共同合作，获得了荷兰科学研究组织（NWO）的KIEM-Ce资助。在埃因霍温举行的 2023 年荷兰设计周上，团队展示了最终的成果。

#研究与实践的结合

这项研究将学术与建筑实践联系起来，目的是“为建筑立面开发一种新的表达方式”，这项新技术可以利用在很多领域，主要从技术的角度进行设计，探索独特的可能性和表达形式。为此，设计师需要了解3D打印混凝土的来龙去脉。团队认为大学里已经测试和制造了很多东西，最终只在有限的范围内被设计师使用，建筑师想要3D打印某种形状，却很难转化为可制造的项目。团队将学术研究和设计实践这两个领域结合在一起，并基于技术逻辑探索新的建筑可能性。

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#雕塑般的品质

项目团队中的设计师坦言自己既是一名建筑师，又有着雕塑家的背景，他一直在研究如何用混凝土制作雕塑建筑， 混凝土提供了有趣的可能性，因为它可以被浇铸成任何你想要的形状；还可以添加颜料让创意变得丰富多彩；用特殊骨料装点细节，如彩色玻璃、光导纤维；通过各种模具达到你想要的肌理和造型....... 作为埃因霍温理工大学的建筑学教授，设计师开始研究如何使用新技术来创造富有表现力的建筑，参考过新艺术运动和哥特式教堂，由于劳动力成本高，几乎无法再复制这样的复杂形状，有了3D打印技术和万能的混凝土，这种特殊的装饰再次成为可能。

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#沙模

团队探索了使用模具打印的可能性，这似乎与传统3D打印的理念相悖。然而，他们发现某些情况下，在水平面上打印更有利于制作特定形状的结构和稳定性，混凝土层是彼此重叠的。他们采用了曲面沙堡作为模具，这种技术允许在其表面打印出达到一定质量的混凝土构件，不仅符合对循环路径的要求，而且相较于传统混凝土构件制造，3D混凝土打印更经济、更节能，团队还尝试使用再生水泥进行打印，但目前这项技术对于此类项目还不适用。

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#连续流畅的生产线

接下来的问题是：如何制作曲面沙模。为此，设计师想出了一种木制的“刮刀”，将其放置在机械臂中，将无序的沙子塑造成螺旋状椭圆形，沙子被一个木箱包围，3D打印机器人安装在它旁边，并在“沙丘”上打印混凝土。 研究人员测试了许多图案，改变了打印头的位置、打印层数和图案，这些都是进行了无数次试验和调整才形成了最优的方案。

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团队很快注意到很多事情是不可能简单做到的，比如几何图案或线条相交的图案，为此决定使用差分增长算法，该算法允许在连续计算中打印，3D打印机不能在此期间停止，这导致了蜿蜒图案上带有孔洞，阳光照射到原件上的阴影甚至有了意想不到的效果，惊喜的是，这种意外为元件增添了一种特殊的品质，项目团队的每个人都为此感到兴奋。

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#外立面系统的设想

团队设计了一系列立面元素，基于连续线条的可打印原则，还就如何将这些单独的元素组合在一起形成立面或墙壁，并进行了一系列的设计探索，团队意识到可以用这个构件来制作令人惊叹的建筑立面。

设计效果图 ?Kees Leemeijer

该立面由3D混凝土打印的立面结构组成，其中包含立面元素，阳光通过该立面进入，为了让这个形象成为现实， 需要更多的研究和其他方面的科学验证，这还仅仅只是概念图，完成其需要承重肋结构，必须考虑玻璃板、绝缘材料和装置的连接，建筑就是设计整个系统，团队正在考虑下一步，单个构件系统的生产研究已经完成，还需要不断地尝试，从而进一步发展3D打印混凝土在立面的可能性。

#在板条箱中打印

2015年，埃因霍温理工大学就已经组织了内部科研竞赛，主题是进一步设计3D打印混凝土，项目团队的设计师也参与了其中，研究了复杂自由形状的创建、复杂构造的打印以及组合材料的可能性，他们将高木箱作为实现概念的模具，从而创造了“防火混凝土壁炉墙体”，这是一堵带壁炉的墙，唤起了人们对“一块维也纳冰淇淋”的联想。 之后，设计师与一群研究生开始了一个研究项目——如何将3D打印元素连接在一起并将它们组装成稳定的建筑组件。

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这个项目团队从2015年至今自发的进行了很多的尝试，每一个阶段性的成果都是基于在3D打印混凝土的基础上进行延展，他们面临了未知的不可控，但依旧产生了源源不断地灵感，并落于实践，这才是推动科学、技术和艺术进步的根本点， 只有通过各专业领域的协作，3D打印混凝土技术才可以在更多场景突破和应用。