高分子3D打印橋“流云橋”亮相成都，展望 3D打印橋梁的未來

來源： Polymaker

位于成都龍泉驛區(qū)驛馬河公園的高分子3D打印橋“流云橋”亮相成都。橋梁的材料細膩輕盈，整體優(yōu)美靈動，橋梁設計的靈感來源于驛馬河自由奔騰的形態(tài)，以及舞動的絲綢。

“流云橋”由上海建工承建，Polymaker和上�？狷椏萍加邢薰�司共同打造完成，在第三次的合作中，新技術(shù)和新材料在景觀設計中又完成了一次大膽的創(chuàng)新，橋的尺寸更大、造型更優(yōu)美、工藝更完善。橋身全長66.58米，寬7.25米，高2.7米其中3D打印部分橋長22.5米、寬2.6米、最高處2.7米。

△“流云橋”俯視圖    中建西南院景觀院供圖

△“流云橋”側(cè)視圖    中建西南院景觀院供圖

“流云橋”的打印過程
橋梁打印采用了酷鷹五軸增減材一體機（BGAM），進行全天候7x24小時不間斷3D打印。在系統(tǒng)中輸入指令后，機器就可以24小時不間斷打印，而且無需人工值守。為了確保打印質(zhì)量，打印材料仍舊使用了Polymaker的抗老化與耐候性極佳的高分子顆粒料PolyCore™ ASA-3012。打印全程進行溫度數(shù)據(jù)的記錄以及參照經(jīng)驗的參數(shù)比對，確保打印構(gòu)件較小的形變以及最佳的打印質(zhì)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(shù)。整個3D打印橋耗費了數(shù)噸材料，橋梁采用了分段打印、現(xiàn)場拼裝的施工方式，三維激光點云掃射檢測技術(shù)也被應用于過程當中，因此僅用了35天便完成了全部橋體的3D打印工作。

△“流云橋”的打印過程（1）

△“流云橋”的打印過程（2）

“流云橋”的使用材料
PolyCore™ ASA-3012因其綜合力學性能優(yōu)異，適合于戶外應用，被再次選為3D打印橋的使用材料。PolyCore™ ASA-3012專為超大尺寸3D打印定制的配方，增強了打印件在制造和使用過程中的尺寸穩(wěn)定性及層間結(jié)合力。在打印工藝上，通過近百次打印試驗和不斷優(yōu)化，采用預熱及后保溫裝置，提高打印作業(yè)空間的溫度，保證了3D打印材料層層粘結(jié)力。目前大多數(shù)增材制造技術(shù)采用熔融沉積成型工藝時都會產(chǎn)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(gòu)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(gòu)件的精度，完美展現(xiàn)了成都3D打印橋的整體設計效果。

實用性與美觀度兩者兼得的“流云橋”
為了提高通行的舒適度和橋梁的穩(wěn)定性，3D打印“流云橋”的下方還增設了鋼梁作為疊合支撐受力。兩端的部分則采用輕質(zhì)航空材料，通過數(shù)字化數(shù)控雕刻成型，表面進行特種涂層處理，以滿足使用要求。這一超大型3D打印景觀橋，是科技與藝術(shù)的完美結(jié)晶。

△“流云橋”的曲線美      中建西南院景觀院供圖

3D打印技術(shù)并不是第一次被用于橋梁的建造，下面就讓我們一起回顧一下國內(nèi)外一些著名的3D打印橋梁。

Polymaker 參與的3D打印橋回顧

1.上海桃浦中央公園3D打印景觀橋
2019年，我國的第一座高分子3D打印景觀橋誕生了，坐落于上海桃浦中央公園。由上海建工、Polymaker和酷鷹科技合力打造完成，全長15.25米、寬3.68米、高1.1米。

作為國內(nèi)第一座運用3D打印技術(shù)完成的一次成型、最大跨度、多維曲面的高分子材料景觀橋， 突破了傳統(tǒng)橋梁設計的束縛，景觀橋更加靈活、更為自由、更具多元空間變幻。設計團隊運用三維數(shù)字技術(shù)成功實現(xiàn)了橋梁設計與施工建造技術(shù)的完美融合 。通過3D打印機，可以“一次成型“出S型、流線型的橋梁外形，營造出自由變幻、富于動態(tài)的橋體形態(tài)。

本次3D打印景觀橋的打印工藝經(jīng)過了近百次打印試驗，不斷地進行優(yōu)化。通過上海建工與酷鷹科技聯(lián)合研發(fā)的超大型龍門3D打印機，使3D打印精度更高、尺寸更大，可滿足的空間結(jié)構(gòu)更多樣。

Polymaker的PolyCore™ASA-3012因具備高耐候性、高彈性模量、高屈服強度和高抗沖擊強度等特點被選為本次3D打印景觀橋的打印材料，并且，該款打印材料還能承受長期的日曬雨淋，這也是3D打印建筑材料的必備要求。

△位于桃浦中央綠地的3D打印景觀橋

2. 泉州3D打印景觀橋
我國第二座采用高分子材料3D打印建造完成的橋梁于2019年6月下旬在福建泉州百崎湖生態(tài)連綿帶完成安裝。這是Polymaker、上海建工和酷鷹科技的第二次合作，橋長17.5米，高3.2米，寬3.2米，重量12噸，橋身整體依舊全部由高分子材料PolyCore™ ASA-3012配合3D打印技術(shù)制造完成。整個的制造周期為五周，比起傳統(tǒng)混凝土灌漿制造法縮短了將近一半以上的時間。

△泉州3D打印橋梁示意圖

3D打印的泉州橋，比傳統(tǒng)的混凝土灌漿制造法省時，在強度上也一點不比鋼筋混凝土遜色。每平方米可以承受2千牛頓的壓強，也就是說就算橋上就算占滿人也不用擔心橋身的堅固程度。

該橋采用了分段式的設計，因此分段進行3D打印，之后通過獨特的鏈接機構(gòu)將每一段連接起來，從而達到橋梁的力學要求。

使用Polymaker的高分子顆粒材料PolyCore™ ASA-3012，配合上海建工與酷鷹科技共同自主研發(fā)的超大尺寸的五軸增減材一體機（BGAM），可以直接進行橋梁的分段3D打印。之后通過拼裝、拼裝縫隙處理、涂裝和鋪設步道，這座3D打印橋梁就完成了。

△泉州3D打印橋梁示意圖

3D打印橋梁的未來
3D打印景觀橋誕生的全過程，涵蓋了對模型、建造的構(gòu)想和數(shù)據(jù)設計，同時有別于傳統(tǒng)的外觀模式，正所謂“以科技之力鏈接藝術(shù)靈感”，通過3D打印技術(shù)的在橋梁建造中的應用，極大地拓展了景觀設計的技術(shù)創(chuàng)新與探索實踐。3D打印技術(shù)正在成熟，并正在成為更快、更可持續(xù)和更便宜地建造人行橋或大尺寸產(chǎn)品的一個重要選擇。

目前各類大尺寸打印的解決方案已完善成熟，Polymaker已在積極研發(fā)生產(chǎn)滿足不同大尺寸打印需求的材料，相信在不久的將來，3D打印技術(shù)能被應用到更多廣泛的領域。

關(guān)于Polymaker：
Polymaker是一家專注于3D打印材料的高新技術(shù)企業(yè)，致力于用卓越領先的技術(shù)、高質(zhì)量的產(chǎn)品和細致專業(yè)的服務，推動3D打印技術(shù)在各個行業(yè)的深入應用，目前已成為世界一流的擠出式3D打印材料的創(chuàng)新者和供應者。產(chǎn)品遠銷世界各大洲，被廣泛應用在汽車、航空航天、工業(yè)制造、醫(yī)療、消費等多個領域中。

關(guān)于上海建工：
上海建工集團股份有限公司是中國建設行業(yè)的龍頭企業(yè)，位列世界500強企業(yè)。六十余年來，上海建工多次刷新中國乃至世界工程建設史上的紀錄，在全國100多座城市以及全球30多個國家和地區(qū)，奉獻了眾多工程精品。近年來，上海建工全力推進全國化發(fā)展，加強全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同聯(lián)動，在城市更新、水利水務、環(huán)境治理、數(shù)字化工業(yè)化建造、建筑服務業(yè)等新業(yè)務領域不斷形成新的制高點，現(xiàn)正在加快建設成為廣受贊譽的建筑全生命周期服務商。

關(guān)于酷鷹科技：
上海酷鷹科技有限公司是專業(yè)從事超大型3D打印解決方案研發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)，公司秉承“探索未來制造方式”的理念，基于“增減材一體化+新材料研發(fā)+智能控制”的創(chuàng)新模式，助力制造企業(yè)降低成本、提高效率。公司現(xiàn)有智能裝備產(chǎn)品包括五軸增減材一體機（BGAM）、高速粒料打印機（SGAM）、機器人增材制造系統(tǒng)（BRAM），主要產(chǎn)品被廣泛應用于建筑景觀、航空航天、船舶制造、軌道交通、能源、汽車、醫(yī)療等眾多行業(yè)領域。