来自德国和荷兰研究所的研究人员一直在研究一种在建筑中创建复杂几何形状的方法。最终结果已在一座人行天桥的建造中得到了证明，该天桥融合了两种数字化施工技术，即 CNC 针织纺织模板和喷射混凝土 3D 打印 (SC3DP)。
CNC 针织纺织模板
建造复杂几何形状的传统挑战在于创建模板的繁琐、劳动密集型过程，特别是使用混凝土等材料。该项目引入了一种使用数控针织纺织品作为模板的新颖方法。这种方法不仅显着减少了体力劳动，而且可以轻松创建复杂的双曲线形状。这些纺织品由数控机器精确编织，可以结合各种纤维和设计特征，如通道和开口，根据项目的需求定制。
从左到右：基础放置、弯曲主动钢棒、3D 编织模板的跨越、机器人喷射混凝土。（图片来源：Rennen 等人）
喷射混凝土 3D 打印 (SC3DP)
尽管纺织模板取得了进步，但在 SC3DP 出现之前，具体应用仍然是一个挑战。这项技术由布伦瑞克工业大学开发，可实现混凝土应用过程的自动化。它涉及通过机械臂控制的高速喷嘴喷射细粒混凝土或水泥浆。该方法的精度确保了牢固的层粘合，并能够根据结构要求改变层厚度和材料特性。
纺织模板的跨越（左），带模板的组装下部结构（右）。（图片来源：Rennen 等人）
SC3DP 技术还解决了传统施工中的另一个关键问题——手动喷射混凝土施工的劳动强度和技能依赖性。通过自动化该过程，该技术可确保混凝土表面的质量和光洁度始终如一。
设计与制造的无缝集成
该项目的一个关键方面是设计、材料选择和机器人制造的集成。该过程从计算找形开始，以确定最有效的结构形状和厚度分布。然后，模板的几何形状被精确地复制到数控针织纺织品中。
下一步，机器人将一层薄薄的水泥浆涂在纺织模板上，然后战略性地放置连续玻璃纤维以进行加固。最后采用SC3DP工艺应用混凝土结构层。
潜在的改进
虽然该项目标志着一个重要的里程碑，但研究人员已经确定了需要改进的领域。其中包括改进硬化涂层喷涂工艺以最大限度地减少纺织品下垂、优化施工步骤的顺序以及改进机器人喷涂的路径规划以提高精度和效率。
人行天桥的渲染图（上），制造后的最终演示器（下）。（图片来源：Rennen 等人）
通过集成 3D 针织模板、机器人喷射混凝土喷涂和动态纤维加固等先进技术，机器人针织混凝土项目标志着建筑制造领域的一次变革性飞跃，展示了数字技术的协同作用如何彻底改变传统的施工方法。
它让我们得以一窥未来，我们的建筑不仅是建造出来的，而且是错综复杂的编织和精确的雕刻，体现了技术、艺术和工程的完美融合。
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