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3D打印:数字时代的设计新思路

2018-04-09 17:14:55 来源: 中国美术报
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摘要:荷兰古城阿姆斯特丹在欧洲被誉为“北方威尼斯”,以其美丽的运河水道而闻名于世。如果你在2018年末去阿姆斯特丹的运河边漫步,将会惊喜地发现,盘亘于运河之上的,不再是一座历经沧桑的老桥,而是世界上第一座通过3D打印技术制作的钢结构桥梁。这座3D打印大桥由乔瑞斯·拉瑞…

  荷兰古城阿姆斯特丹在欧洲被誉为“北方威尼斯”,以其美丽的运河水道而闻名于世。如果你在2018年末去阿姆斯特丹的运河边漫步,将会惊喜地发现,盘亘于运河之上的,不再是一座历经沧桑的老桥,而是世界上第一座通过3D打印技术制作的钢结构桥梁。这座3D打印大桥由乔瑞斯·拉瑞曼(Joris laarman)设计,在荷兰MX3D公司与软件开发商欧特克(Autodesk)的配合下共同完成。

  3D 打印大桥

  世界上第一座3D打印大桥

  古老的运河之上,大桥弯曲翻腾的桥梁线条使人联想起巴洛克艺术中常见的折叠与曲线,而金属材质与银黑配色则又充满了现代感。据了解,这座结合了未来设计感和古典艺术元素的3D打印大桥,有着12米的跨度。由于桥体跨度较大,会给运河两边侧壁带来太多的压力,在历经波折,经过了18个月的试验修改,乃至推翻重来、重新设计之后,现在MX3D公司正在用他们先进的3D打印机器人进行制作。按计划,这座桥梁将于2018年底在阿姆斯特丹的运河上进行安装。

  

▲ 3D 打印机器人正在打印大桥

  整座桥采用了MX3D公司的最新机器人叠加打印技术。通过不断研发新的操作软件和技术,实现对多种可焊接金属合金的无限量打印。在实际施工中,它的基本技术由以下几个部分构成:标准机器人、标准焊接器、MX3D的专利软件、每小时工作容积可达1到3公斤的金属焊管等。其中尺寸与几何造型可按需制作。届时,设计师只需将设计好的建筑专用3D打印机器人运送到阿姆斯特丹的运河边缘,然后启动机器,3D打印机器人将从桥的一侧开工,并向另一侧逐步推进,几个月后一座钢铁大桥就会出现在水面上。

  整个技术的核心在于专利软件的创新,它包含了这样几大优势:1.造型自由。施工时能兼容各种标准型号的机器人和焊接器。特别之处在于,其操作的是至少六轴的机器人,相较传统的三轴机器人,可胜任更为复杂的造型。2.盒外操作。多轴操作(即盒外操作)的自由度高,可以通过移动机器人,让打印的高度超过机器人的臂长, 因此尺寸可以不限大小。3.节省耗材。造型自由后,就能对设计的重量和强度进行更深度的优化,从而节省一部分材料。4.造价减低。叠加打印单元(WAAM)的价格是SLM打印单元的五分之一。对普通材料的加工费大约是SLM的十分之一。5.速度更快。CAD打印时间在一般案例中,少于1小时,再加上每小时大于2公斤的输出量,大大提高了工程速度。

  为了服务于自行车和行人,这座桥还将作为一个“生活实验室”,由研究人员对其性能进行监控和分析。传感器的综合网络将安装在桥上,以测量诸如位移、张力和振动等结构数据,以及温度和空气质量等环境因素。所有这些数据都将被输入到一个不断更新的桥梁的3D模型中,这可以让设计者根据其性能,不断改进他们的设计,以进行进一步的迭代。

  这座由MX3D团队安装的3D打印桥将成为世界工程史上的第一。它以数据为中心,并使用了多学科协作的方法来捕捉桥梁的数据,标志着一个新的桥梁设计方式的建立,同时它的建筑和管理方式也较之以往发生了巨大变化,为下一代桥梁和其他主要公共基础设施提供了有价值的参考。

  技术融合 设计跨界

  在这座令人瞩目的大桥背后,是设计师灵感与技艺的碰撞。现年39岁的乔瑞斯·拉瑞曼成长于普通的荷兰乡间家庭,父母虽没有受过高等教育,但按照乔瑞斯本人的说法:“他们的创造力体现于日常点滴。”2003年,从小爱画图做手工的乔瑞斯从知名的Eindhoven设计学院毕业,以一件洛可可风格的暖气片作为毕业设计脱颖而出,获得了国际设计界的关注,可谓早年成名。

乔瑞斯·拉瑞曼

  2004年,他与同为设计师的妻子Anita Star在阿姆斯特丹创立了Joris Laarman实验室,他是率先在艺术、科学和技术相结合方面进行实验性尝试的设计师之一,特别是在使用金属和创新性的大尺寸设备进行先进制造和3D打印创新方面尤有建树。除此之外,他还堪称是一位出色的工匠、科学家和工程师,经常在艺术作品中使用算法、开放源码设计等。而且,他常与各类技师、科学家、工程师进行合作,致力于技术融合型的设计开发。一系列跨行合作使其作品在致敬传统艺术元素的同时,亦广泛运用了建模、仿生软件和3D打印技术等,十几年来,受到了世界诸多现代艺术博物馆的青睐。

  让3D打印走进生活

  乔瑞斯将设计与科技相融合的创作特色是有迹可循的,从其早期作品看,他的作品“骨椅”(bone chair)的横空出世,奠定了其对3D打印技术的运用。他使用汽车建模软件,利用3D打印机制模,设计出了世界上第一把以仿生骨骼为蓝本的“骨椅”。早期的仿生设计受限于技术,多流于表面,而今,乔瑞斯借助数字软件得以全面探求生物内部构造,让仿生设计由外至内更加精准。

乔瑞斯·拉瑞曼 数字体桌子

  此后,乔瑞斯的作品便多在数字技术和机器人科技助力的背景下展开。2011年他以立体拼装积木为设计灵感,使用机器人现场制作出了三款一模一样的装置艺术——“数字体桌子”。巴洛克风格外观的桌子,是由数以万计的小金属颗粒堆积而成的,仿佛在探索物质的原子构成。今天,数字技术已广泛运用于图像处理,但在实体创作中,还处于刚起步的状态。乔瑞斯的这件作品与其说是某项展示,不如说是一种实验和预言。随着设计软件的快速发展和机器人科技的日趋完善,工业加工将成为真正意义上的精准加工。同时,也让我们更具体地了解到,什么是“不受地理限制的、实用的、多功能的、低成本的机器人生产模式”。

  “骨系列”虽具实用性,但毕竟和大众生活有距离,而“数字体”桌子则因为其装置艺术的根本属性而尚不适用于日常生活,那乔瑞斯自2014年开始设计的“拼图椅”系列,就显得十分亲民。仅从视觉上入手,设计思路已一目了然 —— 使用3D软件进行图案设计,由3D打印机进行木材加工,最终将木块组成椅子。

乔瑞斯·拉瑞曼 拼图椅

  乔瑞斯曾在访谈中表示:“3D打印仍然处在初始期,但未来不可预计。这些拼图椅只是提供了某种可能的开端和借鉴。让人们有理由相信,这项技术最终会走入家庭。”这一系列3D拼图椅的软件程序都能免费下载,只要家中有一台3D打印机,就能在家中生产。

  之后,乔瑞斯初次使用叠加3D打印技术,创作了一款名为“龙椅”的公共休息长椅。并以此为开端,乔瑞斯成立了独立的3D打印公司—— MX3D,并在两年后,将前文介绍的3D打印人行桥的设计方案提上了日程。

  在今天这个数字时代,技术革新可谓日新月异,科技为设计带来了新的发展机会,设计也是驱动科技创新和创业的一股力量,它们互相促进,共同发展,为这个时代源源不断地注入创意力量。未来的设计师在这一大背景下,更需要提高自身综合素质,也更应寻求跨行业的团队合作。

(责任编辑:段维佳)

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