成都驛馬河公園3D打印橋：長22.5米、35天耗12噸材料

日前，由與上海建工園林集團、中國建筑西南設計研究院景觀院、上海建工機施集團共同打造的成都驛馬河公園“流云”3D打印景觀橋一經亮相，就引發(fā)了極大的關注！



▲ 成都橋現(xiàn)場實拍

（圖片來源：中建西南院景觀院）

成都驛馬河公園“流云”3D打印橋（以下簡稱“成都3D打印橋”）位于成都龍泉驛區(qū)驛馬河公園杉影湖之上，這也是酷鷹繼上海桃浦3D打印橋、福建泉州3D打印橋后，完成的第三座尺寸更大、造型更優(yōu)美、工藝更完善的超大型高分子材料3D打印橋。

成都3D打印橋整橋全長66.58米，其中3D打印橋部分長22.5米、寬2.6米、最高處 2.7米，橋梁造型蜿蜒靈動，設計靈感源于驛馬河自由奔騰的河流，似舞動的絲綢在河面展開，伴隨著光影的變幻，產生極具藝術感的視覺享受，彰顯科技與設計的完美結合。

▲ 設計效果圖



▲ 成都橋現(xiàn)場實景圖

那么，這座超長的高分子材料3D打印橋是如何打造而成的呢？

總體技術路線

成都3D打印橋的總體技術路線為：結合數(shù)字化技術進行橋梁造型設計優(yōu)化，將整體3D打印橋分成20段進行熔融沉積成型形成分段打印構件，承重結構采用箱型鋼梁，獨立的打印構件通過機械連接方式和鋼箱梁進行可靠連接，在現(xiàn)場進行分段組裝完成。

一方面，多維度曲面的橋身設計與有機漸變的表皮肌理，如果采用傳統(tǒng)工藝較難實現(xiàn)，且費時費力。而采用3D打印的方式能將橋身、橋欄桿等所有部件，一并納入外觀體系，一體化完成打印制作，百分百還原參數(shù)化設計理念，實現(xiàn)設計與施工建造技術的融合。

另一方面，目前大多數(shù)增材制造技術采用熔融沉積成型工藝時都會產生殘余應力和翹曲問題，因此我們在成都3D打印橋的整體制作中采用了多因素分析法，即通過控制環(huán)境溫度、材料三段熔融溫度、玻璃化溫度、單層打印時間等打印工藝參數(shù)來解決打印構件由于迅速降溫導致的翹曲及形變過大的問題。再通過酷鷹五軸增減材一體機（BGAM）的高精五軸CNC加工系統(tǒng)，將預留給打印變形量的余量去除，確保了分段打印構件的精度，完美展現(xiàn)了成都3D打印橋的整體設計效果。

1. 橋梁造型設計

橋梁造型從有機、自然的概念出發(fā)，結合成都整體城市格局規(guī)劃進行3D打印橋扶手及外肌理的設計，一側橋梁扶手中間高峰兩端平緩，寓意”一山連兩翼”；另一側橋梁扶手兩端高峰中間平緩，寓意“兩山夾一城”，橋梁采用參數(shù)化設計，在滿足功能和空間的同時，使建筑與當?shù)氐娜宋木坝^完美融合，也體現(xiàn)了成都深刻的文化底蘊。

▲ 成都橋左側紋理“一山連兩翼“

▲ 成都橋右側紋理“兩山夾一城”

2. 整體工藝優(yōu)化

采用數(shù)字化設計，將分段橋梁的數(shù)字化模型通過專用軟件進行力學搭載模擬仿真以及拓撲優(yōu)化仿真，再借助酷鷹的工業(yè)級切片軟件，結合各種路徑及填充算法，生成數(shù)控系統(tǒng)可識別的G代碼即打印軌跡。



▲ 3D打印橋分段處理



▲ 有限元結構分析優(yōu)化





▲結構拓撲指導打印軌跡

3. 3D打印及溫度場監(jiān)控

對橋段進行最終模擬打印后，使用抗老化與耐候性極佳的高分子顆粒料ASA-GF，通過酷鷹五軸增減材一體機（BGAM）進行7x24小時不間斷3D打櫻同時為了確保打印質量，我們在打印全程實時監(jiān)控打印構件溫度場，進行溫度數(shù)據(jù)記錄以及參照經驗參數(shù)比對，確保打印構件較小的形變以及最佳的打印質量，從而實現(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。整個3D打印橋耗費12噸材料，僅用35天便完成了全部橋體的3D打印工作。



▲ 正式開始3D打印



▲ 打印全過程溫度場監(jiān)控

3. 在同一臺設備實現(xiàn)3D打印及五軸CNC加工

成都3D打印橋每段構件均采用增減材一體化制造工藝。我們將打印好的橋段，借助激光點云三維掃描技術，進行點云模型與原設計模型進行合模碰撞檢測，從而進一步確保加工精度。然后將打印好的橋段在同一設備（BGAM）上直接進行端面CNC加工，大幅節(jié)約時間與人力成本，實現(xiàn)增減材一體化制造，保證拼裝質量。