35、热塑性增材制造重塑楼梯设计

热塑性增材制造重塑楼梯设计

在建筑领域，增材制造（AM）正逐渐从制作比例模型迈向生产全尺寸成品，通常被称为大规模3D打印。这种技术专门用于建造大型、重型且往往是永久性的结构。不过，将3D打印技术扩大应用于建筑领域，并取代传统建筑方法，仍面临诸多挑战。

1. 建筑领域的增材制造应用

目前，增材制造在建筑领域的应用主要有两种方式：
- 现场整体建造 ：连续地在现场制造建筑物可打印部分。
- 工厂预制组件 ：在工厂中预先制造建筑组件。

例如，苏黎世联邦理工学院的研究人员采用工厂预制3D打印模板的方式来设计定制混凝土楼梯；荷兰公司Aectual在2020年迪拜设计周展示了整体式混凝土楼梯。而本文所讨论的项目虽同样属于预制领域，但采用了不同的方法，即不使用模板，通过数控制造工艺，仅使用所需材料将数字模型实体化，将建筑和结构部分整合在一个单一的主体中。

2. 中等规模物体的熔融颗粒制造技术

大规模机器人热塑性打印制造有限物体仍是一项新兴技术。目前，利用该技术制造的主要产品是家具，如椅子和花瓶，使用的热塑性材料包括PLA、ABS、PETG、TPU和PET等。楼梯从一开始就被视为离散的物体，每个单元的大小如同家具，这种类比使得单元具有轻质、便于移动和操作的特点。

熔融颗粒制造（FGF）是一种使用热塑性材料打印大型物体的标准技术。与传统的长丝3D打印机相比，基于颗粒的3D打印机可以更快地打印大型物体，因为大量的颗粒材料被送入挤出机，并且使用了更大的喷嘴。FGF技术具有速度快、可打印多种材料、大规模可用性以及原材料成本相对较低等优点，适用于中