高分子3D打印橋“流云橋”亮相成都，展望 3D打印橋梁的未來(lái)

 位于成都龍泉驛區(qū)驛馬河公園的高分子3D打印橋“流云橋”亮相成都。橋梁的材料細(xì)膩輕盈，整體優(yōu)美靈動(dòng)，橋梁設(shè)計(jì)的靈感來(lái)源于驛馬河自由奔騰的形態(tài)，以及舞動(dòng)的絲綢。“流云橋”由上海建工承建，Polymaker和上海酷鷹科技有限公司共同打造完成，在第三次的合作中，新技術(shù)和新材料在景觀設(shè)計(jì)中又完成了一次大膽的創(chuàng)新，橋的尺寸更大、造型更優(yōu)美、工藝更完善。橋身全長(zhǎng)66.58米，寬7.25米，高2.7米其中3D打印部分橋長(zhǎng)22.5米、寬2.6米、最高處2.7米。

△“流云橋”俯視圖    中建西南院景觀院供圖

△“流云橋”側(cè)視圖    中建西南院景觀院供圖

“流云橋”的打印過(guò)程

橋梁打印采用了酷鷹五軸增減材一體機(jī)（BGAM），進(jìn)行全天候7x24小時(shí)不間斷3D打印。在系統(tǒng)中輸入指令后，機(jī)器就可以24小時(shí)不間斷打印，而且無(wú)需人工值守。為了確保打印質(zhì)量，打印材料仍舊使用了Polymaker的抗老化與耐候性極佳的高分子顆粒料PolyCore? ASA-3012。打印全程進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的記錄以及參照經(jīng)驗(yàn)的參數(shù)比對(duì)，確保打印構(gòu)件較小的形變以及最佳的打印質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)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(fèi)了數(shù)噸材料，橋梁采用了分段打印、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工方式，三維激光點(diǎn)云掃射檢測(cè)技術(shù)也被應(yīng)用于過(guò)程當(dāng)中，因此僅用了35天便完成了全部橋體的3D打印工作。

△“流云橋”的打印過(guò)程（1）

△“流云橋”的打印過(guò)程（2）

“流云橋”的使用材料

PolyCore? ASA-3012因其綜合力學(xué)性能優(yōu)異，適合于戶外應(yīng)用，被再次選為3D打印橋的使用材料。PolyCore? ASA-3012專為超大尺寸3D打印定制的配方，增強(qiáng)了打印件在制造和使用過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性及層間結(jié)合力。在打印工藝上，通過(guò)近百次打印試驗(yàn)和不斷優(yōu)化，采用預(yù)熱及后保溫裝置，提高打印作業(yè)空間的溫度，保證了3D打印材料層層粘結(jié)力。目前大多數(shù)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(yīng)力和翹曲問(wèn)題，因此我們?cè)诔啥?D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(shù)來(lái)解決打印構(gòu)件由于迅速降溫導(dǎo)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(jī)（BGAM）的高精五軸CNC加工系統(tǒng)，將預(yù)留給打印變形量的余量去除，確保了分段打印構(gòu)件的精度，完美展現(xiàn)了成都3D打印橋的整體設(shè)計(jì)效果。

實(shí)用性與美觀度兩者兼得的“流云橋”

為了提高通行的舒適度和橋梁的穩(wěn)定性，3D打印“流云橋”的下方還增設(shè)了鋼梁作為疊合支撐受力。兩端的部分則采用輕質(zhì)航空材料，通過(guò)數(shù)字化數(shù)控雕刻成型，表面進(jìn)行特種涂層處理，以滿足使用要求。這一超大型3D打印景觀橋，是科技與藝術(shù)的完美結(jié)晶。

△“流云橋”的曲線美      中建西南院景觀院供圖

3D打印技術(shù)并不是第一次被用于橋梁的建造，下面就讓我們一起回顧一下國(guó)內(nèi)外一些著名的3D打印橋梁。

Polymaker 參與的3D打印橋回顧

1.上海桃浦中央公園3D打印景觀橋

2019年，我國(guó)的第一座高分子3D打印景觀橋誕生了，坐落于上海桃浦中央公園。由上海建工、Polymaker和酷鷹科技合力打造完成，全長(zhǎng)15.25米、寬3.68米、高1.1米。

作為國(guó)內(nèi)第一座運(yùn)用3D打印技術(shù)完成的一次成型、最大跨度、多維曲面的高分子材料景觀橋， 突破了傳統(tǒng)橋梁設(shè)計(jì)的束縛，景觀橋更加靈活、更為自由、更具多元空間變幻。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用三維數(shù)字技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了橋梁設(shè)計(jì)與施工建造技術(shù)的完美融合 。通過(guò)3D打印機(jī)，可以“一次成型“出S型、流線型的橋梁外形，營(yíng)造出自由變幻、富于動(dòng)態(tài)的橋體形態(tài)。

本次3D打印景觀橋的打印工藝經(jīng)過(guò)了近百次打印試驗(yàn)，不斷地進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)上海建工與酷鷹科技聯(lián)合研發(fā)的超大型龍門3D打印機(jī)，使3D打印精度更高、尺寸更大，可滿足的空間結(jié)構(gòu)更多樣。

Polymaker的PolyCore?ASA-3012因具備高耐候性、高彈性模量、高屈服強(qiáng)度和高抗沖擊強(qiáng)度等特點(diǎn)被選為本次3D打印景觀橋的打印材料，并且，該款打印材料還能承受長(zhǎng)期的日曬雨淋，這也是3D打印建筑材料的必備要求。

△位于桃浦中央綠地的3D打印景觀橋

2. 泉州3D打印景觀橋

我國(guó)第二座采用高分子材料3D打印建造完成的橋梁于2019年6月下旬在福建泉州百崎湖生態(tài)連綿帶完成安裝。這是Polymaker、上海建工和酷鷹科技的第二次合作，橋長(zhǎng)17.5米，高3.2米，寬3.2米，重量12噸，橋身整體依舊全部由高分子材料PolyCore? ASA-3012配合3D打印技術(shù)制造完成。整個(gè)的制造周期為五周，比起傳統(tǒng)混凝土灌漿制造法縮短了將近一半以上的時(shí)間。

△泉州3D打印橋梁示意圖

3D打印的泉州橋，比傳統(tǒng)的混凝土灌漿制造法省時(shí)，在強(qiáng)度上也一點(diǎn)不比鋼筋混凝土遜色。每平方米可以承受2千牛頓的壓強(qiáng)，也就是說(shuō)就算橋上就算占滿人也不用擔(dān)心橋身的堅(jiān)固程度。

該橋采用了分段式的設(shè)計(jì)，因此分段進(jìn)行3D打印，之后通過(guò)獨(dú)特的鏈接機(jī)構(gòu)將每一段連接起來(lái)，從而達(dá)到橋梁的力學(xué)要求。

使用Polymaker的高分子顆粒材料PolyCore? ASA-3012，配合上海建工與酷鷹科技共同自主研發(fā)的超大尺寸的五軸增減材一體機(jī)（BGAM），可以直接進(jìn)行橋梁的分段3D打印。之后通過(guò)拼裝、拼裝縫隙處理、涂裝和鋪設(shè)步道，這座3D打印橋梁就完成了。

△泉州3D打印橋梁示意圖

3D打印橋梁的未來(lái)

3D打印景觀橋誕生的全過(guò)程，涵蓋了對(duì)模型、建造的構(gòu)想和數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，同時(shí)有別于傳統(tǒng)的外觀模式，正所謂“以科技之力鏈接藝術(shù)靈感”，通過(guò)3D打印技術(shù)的在橋梁建造中的應(yīng)用，極大地拓展了景觀設(shè)計(jì)的技術(shù)創(chuàng)新與探索實(shí)踐。3D打印技術(shù)正在成熟，并正在成為更快、更可持續(xù)和更便宜地建造人行橋或大尺寸產(chǎn)品的一個(gè)重要選擇。

目前各類大尺寸打印的解決方案已完善成熟，Polymaker已在積極研發(fā)生產(chǎn)滿足不同大尺寸打印需求的材料，相信在不久的將來(lái)，3D打印技術(shù)能被應(yīng)用到更多廣泛的領(lǐng)域。

關(guān)于Polymaker：

Polymaker是一家專注于3D打印材料的高新技術(shù)企業(yè)，致力于用卓越領(lǐng)先的技術(shù)、高質(zhì)量的產(chǎn)品和細(xì)致專業(yè)的服務(wù)，推動(dòng)3D打印技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的深入應(yīng)用，目前已成為世界一流的擠出式3D打印材料的創(chuàng)新者和供應(yīng)者。產(chǎn)品遠(yuǎn)銷世界各大洲，被廣泛應(yīng)用在汽車、航空航天、工業(yè)制造、醫(yī)療、消費(fèi)等多個(gè)領(lǐng)域中。

關(guān)于上海建工：

上海建工集團(tuán)股份有限公司是中國(guó)建設(shè)行業(yè)的龍頭企業(yè)，位列世界500強(qiáng)企業(yè)。六十余年來(lái)，上海建工多次刷新中國(guó)乃至世界工程建設(shè)史上的紀(jì)錄，在全國(guó)100多座城市以及全球30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，奉獻(xiàn)了眾多工程精品。近年來(lái)，上海建工全力推進(jìn)全國(guó)化發(fā)展，加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同聯(lián)動(dòng)，在城市更新、水利水務(wù)、環(huán)境治理、數(shù)字化工業(yè)化建造、建筑服務(wù)業(yè)等新業(yè)務(wù)領(lǐng)域不斷形成新的制高點(diǎn)，現(xiàn)正在加快建設(shè)成為廣受贊譽(yù)的建筑全生命周期服務(wù)商。

關(guān)于酷鷹科技：

上?？狷椏萍加邢薰臼菍I(yè)從事超大型3D打印解決方案研發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)，公司秉承“探索未來(lái)制造方式”的理念，基于“增減材一體化+新材料研發(fā)+智能控制”的創(chuàng)新模式，助力制造企業(yè)降低成本、提高效率。公司現(xiàn)有智能裝備產(chǎn)品包括五軸增減材一體機(jī)（BGAM）、高速粒料打印機(jī)（SGAM）、機(jī)器人增材制造系統(tǒng)（BRAM），主要產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于建筑景觀、航空航天、船舶制造、軌道交通、能源、汽車、醫(yī)療等眾多行業(yè)領(lǐng)域。