東京大學(xué) ｜ 科技與建筑的結(jié)合：Ultimaker 3D打印機(jī)為創(chuàng)新鋪平道路

來(lái)源：Ultimaker

3D 打印的出現(xiàn)讓許多行業(yè)都發(fā)生了改變，不管是從制造業(yè)、建筑業(yè)還是到汽車和航空航天業(yè)。3D 打印技術(shù)已經(jīng)從以前被一些人視為新奇或小眾解決方案的技術(shù)，轉(zhuǎn)變成為了一種較為成熟的技術(shù)——即從“快速原型制造”轉(zhuǎn)向“增材制造”發(fā)展。

如今，3D 打印技術(shù)已經(jīng)在世界各地的大學(xué)課堂中得到了廣泛的嵌入，為學(xué)生和教師研究創(chuàng)新建筑提供了技術(shù)解決方案，并為“未來(lái)生活”創(chuàng)造了新標(biāo)準(zhǔn)。

最近，東京大學(xué) Sekisui House - Kuma Lab 的“T-BOX”選擇了 Ultimaker 作為解決方案，以滿足其建筑系的研究需求。主要為幫助學(xué)生們準(zhǔn)備其設(shè)計(jì)和打印原型所需要的 3D 建模數(shù)據(jù)，并在作為設(shè)計(jì)練習(xí)的會(huì)議中進(jìn)行使用�！癟-BOX”于 2021 年 10 月開(kāi)始投入使用并運(yùn)營(yíng)。

接下來(lái)，我們將向來(lái)自 Sekisui House - Kuma Lab 主任和項(xiàng)目助理教授平野利樹(shù)先生，具體了解學(xué)生們是如何在他們?nèi)粘５拇髮W(xué)生活中應(yīng)用 3D 打印的，以及 Ultimaker 在其中扮演了怎樣的角色。

平野利樹(shù)先生，現(xiàn)東京大學(xué) Sekisui House - Kuma Lab 主任和項(xiàng)目助理教授

這 一 切 是 如 何 開(kāi) 始 的
“T-BOX項(xiàng)目”由建筑大師隈研吾先生于 2020 年 6 月建立，作為一個(gè)擁有各種數(shù)字化制造機(jī)器的車間，主要目的是研究數(shù)字技術(shù)和建筑之間的關(guān)系。

“‘T-BOX’對(duì)我們來(lái)說(shuō)意味著很多不同的東西”，關(guān)于這個(gè)項(xiàng)目的名字，平野先生解釋道�！啊甌’指的是東京，來(lái)自東京大學(xué)（The University of Tokyo）、技術(shù)（Technology）、工具箱（Toolbox）。從那時(shí)起，我們就將 T-BOX 視為一個(gè)擁有各種數(shù)字制造設(shè)備的‘工具箱’�！�

東京大學(xué)目前正在研究未來(lái)的建筑技術(shù)，Sekisui House 為啟動(dòng)該項(xiàng)目提供了捐款——旨為探索和研究“生活的未來(lái)”。此次合作的主要目的是結(jié)合這些互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)和能力，推動(dòng)“T-BOX”未來(lái)人才的發(fā)展。

過(guò)去，建筑系沒(méi)有配備數(shù)字化制造工具的生產(chǎn)設(shè)施。學(xué)生們沒(méi)有選擇，只能通過(guò)自行購(gòu)買 3D 打印機(jī)或手工制作模型，這是傳統(tǒng)的方法�，F(xiàn)在有了T-BOX，建筑系的學(xué)生可以輕而易舉地創(chuàng)建他們精心設(shè)計(jì)的原型，并將其用于演示目的。

平野先生說(shuō)：“我相信，這個(gè)工廠將幫助學(xué)生提高他們的工藝水平，探索其他的成長(zhǎng)途徑，比如學(xué)習(xí)制造或數(shù)字制造相關(guān)的知識(shí)和技術(shù)。事實(shí)上，T-BOX 的使用權(quán)不僅僅專屬于建筑系的學(xué)生。我們非常歡迎大家都可以來(lái)參觀陳列的設(shè)施和使用我們的 Ultimaker 3D 打印機(jī)。T-BOX將作為培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的設(shè)施，使他們能夠更好地適應(yīng)未來(lái)。”

走 近 T-BOX
目前，T-BOX 擁有 6 臺(tái) Ultimaker 3D打印機(jī)。鑒于目前校園里還從未在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里部署過(guò)多臺(tái) 3D 打印機(jī)，平野先生認(rèn)為這對(duì)于設(shè)計(jì)師而言，將會(huì)發(fā)展成為一個(gè)十分關(guān)鍵的設(shè)施。

至于他們?yōu)槭裁催x擇 Ultimaker，平野先生評(píng)論道：“隨著數(shù)字化制造越來(lái)越受歡迎，我也曾去海外參觀過(guò)多家類似的設(shè)施。當(dāng)時(shí)去了美利堅(jiān)大學(xué)的建筑學(xué)院，看到他們正在使用 Ultimaker 3D 打印機(jī)。大多數(shù)學(xué)生都對(duì) Ultimaker 的產(chǎn)品質(zhì)量贊不絕口，他們的評(píng)價(jià)就是易于使用、操作簡(jiǎn)單�！�

“Ultimaker 是一個(gè)很不錯(cuò)的選擇，因?yàn)樗�可以處理各種不同的耗材，以及具備高質(zhì)量的打印精度、速度和高響應(yīng)性。這種‘只需要輸入數(shù)據(jù)，就可以開(kāi)始打印’的理念，能讓你在即便沒(méi)有技術(shù)知識(shí)的情況下，也能直觀地創(chuàng)作作品。此外，當(dāng)需要進(jìn)行一些高級(jí)調(diào)整時(shí)，依舊可以輕松地操縱參數(shù)以滿足你的要求�！彼�補(bǔ)充道。

當(dāng)我們問(wèn)及他如何看待過(guò)去十年來(lái) 3D 打印在建筑中的應(yīng)用時(shí)，平野承認(rèn)：“說(shuō)實(shí)話，我在一般情況下不會(huì)使用 3D 打印機(jī)，除非我真的特別需要。但隨著數(shù)字化的不斷發(fā)展，像 Ultimaker 3D打印機(jī)這樣的科技產(chǎn)品已經(jīng)在全球許多行業(yè)中變得越來(lái)越重要。毫無(wú)疑問(wèn)，3D 打印也已經(jīng)成為建筑師和學(xué)生設(shè)計(jì)周期的一部分了�！�

平野利樹(shù)先生向我們展示了他的其中一個(gè) 3D 打印建筑模型

當(dāng) 設(shè) 計(jì) 不 再 受 限 制
目前，T-BOX 實(shí)驗(yàn)室使用的是白色 PLA 材料，但平野先生和他的學(xué)生已經(jīng)開(kāi)始著手深入研究 Ultimaker 和第三方耗材的兼容應(yīng)用所帶來(lái)的各種可能性。

“就 ABS 材料而言，我們正在考慮使用各種材料來(lái)打印三分之一大小的建筑結(jié)構(gòu)的接縫，并實(shí)際使用它。從本質(zhì)上說(shuō)，我們也想要挑戰(zhàn)自己，根據(jù)不同需求的目的來(lái)摸索到最適合使用的材料，”平野先生說(shuō)。

當(dāng)然，模型制作一直是建筑師工作的一部分。例如，學(xué)生們過(guò)去常常用苯乙烯板來(lái)手工制作模型。但與此同時(shí)，模型的形狀就受到了很大的限制，只能制作一些簡(jiǎn)單的樣式。平野先生說(shuō)：“我們的目標(biāo)是打破限制思想的傳統(tǒng)規(guī)范。希望通過(guò)使用 3D 打印機(jī)來(lái)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以自由地將想法轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品。我們不想被因?yàn)楦鞣N因素而無(wú)法做出復(fù)雜的形狀所束縛�！�

“3D 打印機(jī)不僅僅是一個(gè)制作模型的工具；它也是一個(gè)讓你自由思考建筑和設(shè)計(jì)的工具�！�

先 進(jìn) 的 數(shù) 字 制 造 設(shè) 施
除了在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部署 3D 打印機(jī)之外，T-BOX 的數(shù)字化制造設(shè)備還包括激光切割機(jī)和數(shù)控機(jī)床等，旨在結(jié)合所有資源、技術(shù)和方法來(lái)創(chuàng)造有意義的東西。

但這些數(shù)字制造設(shè)施在使用程度上較為復(fù)雜，對(duì)于課程教學(xué)來(lái)說(shuō)具有一定的難度，包括如何指導(dǎo)教會(huì)學(xué)生使用設(shè)備�！霸� T-BOX，我們希望學(xué)生盡可能自由和自愿地使用這些設(shè)備。雖然我們已經(jīng)設(shè)定了最低限度的安全和使用準(zhǔn)則，但仍然希望他們能夠在不依賴我們的工作人員的情況下使用機(jī)器。我們想讓學(xué)生們能夠自己主動(dòng)地去探索這些設(shè)備操作能力，但我們依舊會(huì)隨時(shí)隨地地幫他們解決和回答任何問(wèn)題。他們所要做的就是在網(wǎng)上預(yù)訂，然后自行發(fā)展�！�

作為一個(gè)成果良好的實(shí)踐應(yīng)用案例，在建筑、教育和增材制造領(lǐng)域都得到了關(guān)注。在了解到 T-BOX 的應(yīng)用案例后，Ultimaker 首席執(zhí)行官于爾根·馮·霍倫（Jürgen von Hollen）先生表示：“很高興看到像東京大學(xué)這樣的先進(jìn)教育機(jī)構(gòu)認(rèn)識(shí)到3D打印的重要性，并能夠全面激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意靈感，讓他們?cè)谶M(jìn)入職場(chǎng)后盡可能發(fā)揮最大的影響力。我們的3D打印機(jī)、軟件和數(shù)字工廠在全球范圍內(nèi)用于各種行業(yè)和應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)廣泛的商業(yè)利益。東京大學(xué)在幫助推動(dòng)3D打印成為具有靈活性和可持續(xù)價(jià)值的轉(zhuǎn)型商業(yè)技術(shù)方面所發(fā)揮的作用令我非常贊賞�！�

優(yōu) 秀 作 品 展 示
T-BOX 中最引人注目的設(shè)計(jì)莫過(guò)于在 2021 年倫敦設(shè)計(jì)雙年展上展出的裝置作品的 1/10 大小的 3D 打印模型。這部作品分為六個(gè)部分，通過(guò)模塊化打印并進(jìn)行組合。該作品展示了東京和倫敦城市中各種標(biāo)志性物件和建筑的 3D 掃描效果，并將它們轉(zhuǎn)換成 3D 數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。

例如，有來(lái)自東京的標(biāo)志性物件——招財(cái)貓、雷門、知了、自動(dòng)販賣機(jī)、鯛魚(yú)燒、甜甜圈等。還有倫敦的各種城市元素，如倫敦地鐵座位、郵箱，以及被 3D 掃描、打印、組合的特色酒吧。在實(shí)際工作中，由 CNC 完成聚苯乙烯泡沫塊的雕刻工作，用作粘日本紙的模具。最后這件作品被運(yùn)至倫敦并展出。

“理論上來(lái)說(shuō)，這個(gè)作品的打印難度很大，因?yàn)槭褂?3D 掃描后呈現(xiàn)的形狀非常復(fù)雜。但用 Ultimaker 3D 打印機(jī)打印后，即使是那些很微小的細(xì)節(jié)，他都能做到很好地處理，很漂亮，同時(shí)也很復(fù)雜。”

倫敦雙年展 1/10 尺寸的3D打印模型

當(dāng)被問(wèn)及打印過(guò)程中遇到的困難，“我會(huì)說(shuō)這很具有挑戰(zhàn)性。原始掃描這項(xiàng)工作大約是 1 TB 大小的數(shù)據(jù)。即使是減少一些工作量，一個(gè)面板大約也是 300 MB 的大小。原本我擔(dān)心可能會(huì)在切片過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤。但出乎我意料的是，當(dāng)我們把它們載入 Ultimaker Cura 中進(jìn)行切片，整個(gè)過(guò)程十分地流暢。這證明了 Ultimaker 非常適合用于具有大量細(xì)節(jié)的關(guān)鍵項(xiàng)目�！�

“控制軟件在確保你的輸出質(zhì)量方面扮演著重要的角色。當(dāng)我接觸到各種數(shù)字制造設(shè)備時(shí)，我擔(dān)心其中一些設(shè)備因?yàn)樘珡?fù)雜而無(wú)法使用。Ultimaker Cura 通過(guò)創(chuàng)建簡(jiǎn)單而直觀的設(shè)備來(lái)消除這些繁瑣之事。它內(nèi)置的這些預(yù)設(shè)參數(shù)，讓即便是初學(xué)者也可以很容易地上手使用。操作熟練了之后，你還可以根據(jù)需要，調(diào)整設(shè)置詳細(xì)的參數(shù)。所以我對(duì)它的評(píng)價(jià)是反應(yīng)非常靈敏�！�

“總而言之，我想說(shuō)的是 Ultimaker 是為了滿足不同的技能和經(jīng)驗(yàn)水平而設(shè)計(jì)的。我認(rèn)為無(wú)論是對(duì)于第一次使用，還是那些需要每天使用它的人來(lái)說(shuō)，這真的是一個(gè)較為強(qiáng)大的 3D 打印系統(tǒng)，”

東京大學(xué)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的 Ultimaker 2+ Connect 和 Ultimaker S3 打印機(jī)

展 望 未 來(lái)
在我們與平野先生的談話接近尾聲時(shí)，我們?cè)儐?wèn)了他對(duì) T-BOX 未來(lái)的展望。

“我相信 T-BOX 將施惠于每個(gè)人，無(wú)論他們未來(lái)將走向哪一條道路。但我相信，需要加固混凝土模板的研究生會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)設(shè)施非常有用。此外，學(xué)生可以設(shè)計(jì)一個(gè)形狀復(fù)雜的模具，并嘗試縮小它們的尺寸。這也可以用來(lái)設(shè)計(jì)和制作小型家具和配件�？赡苄允菬o(wú)限的�！�

如果在預(yù)算和空間方面都不存在問(wèn)題，平野先生的計(jì)劃是再添置一些設(shè)備�！翱赡軙�(huì)想再添置一個(gè)機(jī)器人手臂和一臺(tái)內(nèi)部容量更大的 3D 打印機(jī)，方便處理體積更大的項(xiàng)目。但就目前而言，我們擁有的已經(jīng)完全足夠了。我很高興能夠?qū)崿F(xiàn)把全球標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字制造設(shè)備帶進(jìn)大學(xué)校園，幫助學(xué)生和教師超越傳統(tǒng)�！�

“接下來(lái)，我將使用現(xiàn)有的 3D 打印機(jī)來(lái)開(kāi)展建筑系的課程教育，讓他們?cè)趧?chuàng)新工作時(shí)了解數(shù)字制造的價(jià)值。我想繼續(xù)探索使用 Ultimaker 產(chǎn)品的新方法，并鼓勵(lì)學(xué)生們也這樣做�！�

平野先生說(shuō)，雖然學(xué)生永遠(yuǎn)是第一位的，但他也計(jì)劃以某種方式向公眾開(kāi)放這些設(shè)施�！拔覀冏罱K的目標(biāo)是想讓每臺(tái)機(jī)器都能被普通大眾所使用。為此，我們也在做相關(guān)準(zhǔn)備。當(dāng)然，我們希望與那些想要探索新的創(chuàng)意的人分享這一經(jīng)歷�！�

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快速原型制造向增材制造方向發(fā)展？3d打印技術(shù)本身就是增材制造，沒(méi)明白這個(gè)趨勢(shì)轉(zhuǎn)變