概要：大型3D金屬打印公司MX3D與日本最大的建筑、工程和建設(shè)公司之一（Takenaka）的工程師合作設(shè)計，成功生產(chǎn)出了一種雙相不銹鋼結(jié)構(gòu)連接件。

圖1可 用于公共建筑中的3D打印鋼連接件的藝術(shù)化趨勢

該項目展示了使用機器人3D金屬打印，即線弧增材制造?(WAAM)技術(shù)，生產(chǎn)高度定制化工程鋼連接件的進展。對一系列打印的雙相不銹鋼連接件進行了破壞性和非破壞性的測試，測試結(jié)果表現(xiàn)出了強大而穩(wěn)定的機械性能和材料性能。成功的測試是向結(jié)構(gòu)連接件認證邁出的關(guān)鍵一步，各方打算將其用于創(chuàng)新型建筑項目。

創(chuàng)新型基礎(chǔ)設(shè)施

2019年，Takenaka公司和MX3D公司啟動了一個合作項目，探索機器人WAAM技術(shù)的可能性—為基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)生產(chǎn)大型定制鋼連接件。該項目的目標是為建筑行業(yè)中的大型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)復(fù)雜連接件設(shè)計和制造的自動化。由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增加，熟練的勞動力稀缺，而建造速度是關(guān)鍵，因此需要創(chuàng)新。在第一次成功生產(chǎn)連接件樣品之后，雙方的合作重點是機械性能和材料性能測試，這是被市場認可的關(guān)鍵要求。

圖2 3D打印的雙相不銹鋼連接件套件

嚴格測試     

對一系列打印的結(jié)構(gòu)連接件進行破壞性測試的結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)連接件具有強大而穩(wěn)定的機械和材料性能，為結(jié)構(gòu)連接件的認證鋪平了道路。對連接件進行的拉伸試驗、疲勞試驗和抗彎試驗的結(jié)果令人信服。CT掃描顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密而堅實。而且，抗壓破壞試驗表明，砂漿填充對抗彎強度和極限強度有明顯的影響。使用砂漿填充的4mm厚的連接件與8mm厚的連接件的強度大致相同（分別是2.2kN與2.3kN），這樣就減少了所需材料的50%，并且更有利于3D金屬打印的形態(tài)自由性。材料性能和機械測試達到了預(yù)期的標準和穩(wěn)定性，建立了機器人3D打印與工業(yè)的相關(guān)性。圖3 連接件分析預(yù)測的變形與實際的變形

雙相不銹鋼：理想的材料     

最初的連接件系列樣品是用雙相不銹鋼打印的。該合金因其良好的機械性能和優(yōu)異的耐腐蝕性能而聞名，是結(jié)構(gòu)應(yīng)用的理想材料?；炷撂畛涞目招匿摻Y(jié)構(gòu)具有高效、經(jīng)濟的安全性能，內(nèi)部的混凝土芯延遲或防止局部屈曲，其它鋼結(jié)構(gòu)部分承受彎曲和拉伸力。     

Takenaka公司的研究人員利用材料樣品物理試驗的信息生成了一個FE模擬模型來評估連接件的機械特性，然后，對照這些評估結(jié)果，對實際承受壓縮載荷的連接件的特性進行測試，模擬結(jié)果與機械試驗的特性非常接近。此外，拉伸強度試驗顯示出了高度一致的形態(tài)，該項技術(shù)是建筑師和工程師所需要的工具之一。完整的研究報告很快就會發(fā)表。隨著優(yōu)化的打印結(jié)構(gòu)鋼連接件的成功制造和強有力的測試結(jié)果，參與的合作伙伴打算在實際的建筑項目中完成更大的模型。

在建筑業(yè)中開始使用AM(3D打印)技術(shù)     

閉環(huán)的數(shù)字設(shè)計回路是建筑設(shè)計、工程和施工行業(yè)的關(guān)鍵要素。MX3D公司用于生產(chǎn)這類連接件的機器人WAAM技術(shù)可以對設(shè)計、生產(chǎn)、工期、成本與物流效益進行全數(shù)字化控制，并且與BIM（建筑信息建模）應(yīng)用程序集成。MX3D公司的MetalXL應(yīng)用程序現(xiàn)在可以讓制造商在自己的工廠快速開啟大規(guī)模的3D金屬打印應(yīng)用。     

該研究項目強有力的機械和材料特性評估結(jié)果證實了機器人3D金屬打印與建筑、工程和施工行業(yè)的相關(guān)性，并為AEC（建筑）行業(yè)開創(chuàng)了新一代結(jié)構(gòu)連接件。