長さ22.5メートル、35日間で12トンの材料をプリントした成都易馬河公園の3Dプリント橋が完成しました。

長さ22.5メートル、35日間で12トンの材料をプリントした成都易馬河公園の3Dプリント橋が完成しました。
2021年9月2日、南極熊は、上海クールイーグルテクノロジー株式会社、上海建設エンジニアリングガーデングループ、中国建設南西設計研究所景観研究所、上海建設機械グループが共同で製作した成都易馬河公園の「六雲」3Dプリント景観橋が、公開されるやいなや大きな注目を集めていることを知りました。

▲成都大橋の現場写真(写真提供:中国景観研究所、西南建設研究所)
成都伊馬河公園「六雲」3Dプリント橋(以下、「成都3Dプリント橋」)は、成都市龍泉区伊馬河公園山影湖の上に位置しています。これは、上海桃埔3Dプリント橋、福建省泉州3Dプリント橋に続いてクールイーグルが完成させた3番目の超大型ポリマー材料3Dプリント橋であり、サイズがより大きく、形状がより美しく、職人技がより完璧です。

成都の3Dプリント橋は全長66.58メートルで、そのうち3Dプリント橋部分は長さ22.5メートル、幅2.6メートル、最高点の高さは2.7メートルです。この橋は曲がりくねっていて、形状が柔軟です。このデザインは、自由に流れ落ちる沂馬河からインスピレーションを得たもので、まるで川面に広がる踊る絹のようです。光と影の変化を伴い、非常に芸術的な視覚的楽しみを生み出し、テクノロジーとデザインの完璧な組み合わせを示しています。

▲ 設計レンダリング ▲ 成都大橋の実際の風景 では、この超長大なポリマー材料の 3D プリント橋はどのようにして建設されたのでしょうか?

全体的な技術ルート

成都の3Dプリント橋の全体的な技術ルートは、デジタル技術を組み合わせて橋の形状設計を最適化し、全体の3Dプリント橋を20のセクションに分割して熱溶解積層法でセグメント化されたプリント部品を形成し、耐荷重構造に箱型鋼梁を使用することです。独立したプリント部品は、機械的な接続を通じて鋼箱梁に確実に接続され、現場でセクションごとに組み立てられます。

一方、多次元の曲線を描く橋のデザインや有機的なグラデーションの表面テクスチャは、従来の技術では実現が難しく、時間と労力がかかります。 3Dプリントの使用により、橋本体や橋の欄干などのすべてのコンポーネントを外観システムに組み込み、印刷と生産を統合的に完了し、パラメトリック設計コンセプトを100%復元し、設計と建設技術の統合を実現できます。

一方、現在の積層造形技術のほとんどは、溶融積層造形法を採用しており、残留応力や反りの問題が生じます。そのため、成都3Dプリント橋梁の全体的な製造では、多因子分析法を採用し、周囲温度、材料の3段階溶融温度、ガラス転移温度、単層印刷時間などの印刷プロセスパラメータを制御することで、急速冷却によって引き起こされる印刷部品の反りや過度の変形の問題を解決しました。その後、Cool Eagle 5軸加減算機(BGAM)の高精度5軸CNC加工システムを使用して、印刷変形のために確保された余分な部分を取り除き、セグメント化された印刷コンポーネントの精度を確保し、成都3Dプリント橋の全体的な設計効果を完璧に実証しました。



1. 橋の形状設計

橋の形状は有機と自然の概念に基づいており、3Dプリントされた橋の欄干と外部の質感は、成都の全体的な都市パターン計画と組み合わせて設計されています。橋の片側の欄干は、中央が高く、両端が平らで、「1つの山が2つの翼をつなぐ」という意味です。橋の反対側の欄干は、両端が高く、中央が平らで、「2つの山が都市を挟んでいる」という意味です。橋はパラメトリック設計を採用しており、機能と空間を満たすだけでなく、建物と地元の文化的景観を完璧に融合させ、成都の奥深い文化遺産も反映しています。


▲成都大橋の左側のテクスチャは「1つの山が2つの翼をつなぐ」
▲成都橋の右側のテクスチャには「二つの山の間の都市」と書かれています
2. 全体的なプロセスの最適化

デジタル設計では、専用ソフトウェアによる機械荷重シミュレーションとトポロジー最適化シミュレーションを通じて、セグメントブリッジのデジタルモデルをシミュレートします。次に、Cool Eagleの産業グレードのスライスソフトウェアの助けを借りて、さまざまなパスと充填アルゴリズムと組み合わせて、CNCシステムが認識できるGコード、つまり印刷軌跡を生成します。


▲ 3Dプリントされた橋梁セグメンテーション ▲ 有限要素構造解析と最適化

▲構造トポロジーが印刷軌道をガイドします
3. 3Dプリントと温度場モニタリング

橋梁部分の最終シミュレーション印刷後、優れた耐老化性と耐候性を備えたポリマー粒状材料 ASA-GF を使用して、Cool Eagle 5 軸加法・減法材料統合マシン (BGAM) で 7x24 時間連続 3D 印刷を実行しました。同時に、印刷品質を確保するために、印刷プロセス全体を通じて印刷部品の温度場をリアルタイムで監視し、温度データを記録し、それを経験的パラメータと比較して、印刷部品の変形を最小限に抑え、印刷品質を最高に保ち、閉ループ印刷を実現します。これは、Cool Eagleが以前に完成させた2つの橋と比較して、成都の3Dプリント橋が導入した主要な新技術でもあります。 3Dプリントされた橋全体では12トンの資材が消費され、橋全体の3Dプリント作業はわずか35日で完了しました。

▲ 3Dプリントが正式に開始 ▲ プリントプロセス全体の温度場モニタリング
3. 同じ装置で3Dプリントと5軸CNC加工が可能

成都の 3D プリント橋の各セクションでは、統合された付加製造プロセスと減算製造プロセスが採用されています。レーザーポイントクラウド3Dスキャン技術を使用して、ポイントクラウドモデルと印刷されたブリッジセクションの元の設計モデル間の金型衝突検出を実行し、処理精度をさらに確保します。印刷されたブリッジセグメントは、同じデバイス (BGAM) 上の CNC によって直接処理されるため、時間と労働コストが大幅に節約され、統合された付加製造と減算製造が実現され、組み立て品質が保証されます。

▲ 橋梁断面の 3D スキャン▲ 印刷モデルとスキャンモデルのカラースケール図の定量誤差▲ BGAM を使用した橋梁断面の CNC 加工
4. インストール完了

デジタル建設技術は、成都の3Dプリント橋の設計から製造までの全プロセスに使用されています。3DプリントとCNC加工の全プロセスが自動化されているため、人的資源の使用が大幅に削減されます。特殊形状の橋梁の従来の鋼製金型製造と比較して、時間とコストを少なくとも50%節約できます。数日前、成都の3Dプリント橋が正式に完成し公開され、デジタル照明技術と組み合わせた全体的なディスプレイにより、地元の庭園の風景を引き立て、壮大なテクノロジー感覚を表現しています。

▲ 現場での設置 ▲ 3Dプリントされた橋梁全体の3Dスキャン検査を実施 ▲ 設置完了(写真提供:成都日報金館)
橋は公園の外観を変えるだけでなく、都市の発展パターンも変えます。工業グレードの3Dプリントと景観橋を組み合わせることで、テクノロジーとアートを融合した完璧な作品が生まれ、建築景観のデジタル化とインテリジェント化を効果的にサポートし、多様な活力と現代技術に満ちた公園都市を形成します。

▲成都大橋の現場写真(写真提供:中国景観研究所、西南建設研究所)
クールイーグルについて

上海クールイーグルテクノロジー株式会社は、超大型3Dプリントソリューションの研究開発を専門とするハイテク企業です。同社は「未来の製造方法の探求」というコンセプトを堅持し、「加法材料と減法材料の統合+新材料の研究開発+インテリジェント制御」という革新的なモデルに基づいて、製造企業のコスト削減と効率向上を支援しています。同社の既存のインテリジェント設備製品には、5軸積層造形機(BGAM)、高速粒状プリンター(SGAM)、ロボット積層造形システム(BRAM)などがあり、主力製品は建築造園、航空宇宙、造船、鉄道輸送、エネルギー、自動車、医療など多くの業界で広く使用されています。




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