36、热塑性增材制造楼梯革新与木材结构设计的联合描述建模

热塑性增材制造楼梯革新与木材结构设计的联合描述建模

1. 热塑性增材制造楼梯设计概述

在楼梯设计领域，提出了一种纤维增强成型（FGF）设计方法，旨在平衡过程效率与强烈的设计重点，为楼梯设计赋予独特的美学品质。边界表示（BRep）设计与增材制造（AM）的结合，拥有广泛的建筑特性等待探索，它们有潜力从根本上改变设计和施工过程，为当代建筑带来具有功能性空心结构的新语言和新特征。

经过第一阶段的测试，证明了该方法的可行性并设定了参考点，但仍有许多进一步的研究需要开展，例如结构和机械稳定性、材料寿命、防火性能以及材料的毒性影响等方面。特别是在材料和打印过程方面，探索其他回收材料或生物塑料的机会十分广阔。另外，采用基于机械臂的打印系统的热固性复合材料（TCM）工艺也值得研究，尤其是在螺旋楼梯的设计中。最后，新的制造方法也意味着需要定义嵌入打印和材料特性的定制计算工具。

2. 木材结构设计的联合描述建模（JDM）背景

2.1 建筑中的设计制造与装配（DfMA）

设计为X（DfX）理念已经存在了几十年，其总体目标是确保产品或服务的质量，同时优化制造过程并降低生命周期成本。其中，X代表设计过程中的任何关键考虑因素，如制造（DfM）、装配（DfA）、可测试性（DfT）等。DfM主要关注单个零件制造方法和程序的优化，而DfA则关注这些零件如何组合成最终产品。由于大多数产品都很复杂，由多个复杂元素组成，因此这两个学科通常结合在一起，形成设计制造与装配（DfMA）。

近年来，一些研究人员开始关注DfMA在建筑领域的应用，但目前该方法在建筑领域的高效实施仍有待提高。这种方法在木材建筑中尤为有益，因为在木材建筑中，需要处理制造过程（包括模拟和