在俄亥俄州立大学使用COBOD建筑3D打印进行实地

今年冬天，俄亥俄州立大学的设计和制造卓越中心（CDME）是美国最大的增材研究小组之一，作为多学科研究合作的一部分，收到了Pantheon Innovative Builders的COBOD BOD2 3D建筑打印机。我最近有机会看到它的实际应用，因为CDME在校园内举办了建筑3D打印开放日。近300人来到俄勒冈州立大学Plumb Hall的前马场观看了这个庞大的系统。由于多种原因，它令人印象深刻，首先是我只在外面见过这样的混凝土建筑打印机设置，而且它比 BOD2 小。

“做这样的事情需要一个团队，”CDME增材制造技术专家Ben DiMarco说。“打印机下方的每个页脚都重达 4，000 磅。如何设置打印机？你怎么把它弄到那里去？这些是我们在过去几个月中学到的痛点，我们将与您分享这些痛点以及胜利。

Ben DiMarco在打印机的“页脚”之一和控制构建的笔记本电脑前。

用于劳动力发展的建筑 3D 打印

在俄勒冈州立大学工作了两年半的DiMarco正在领导这个项目。在演示开始之前，他介绍了合作团队的其他成员，首先是CDME执行董事Nate Ames，他解释说CDME是一个应用研究中心，以支持教职员工的基本研究需求，以及“整个俄亥俄州社区”。

“我们的模式很特别，因为虽然我们帮助像你这样的人、学生、公司和政府实体，但我们仍然真正关注这里的本科生。我们雇用他们在这里工作，大约有150人左右为我们工作，来自校园内的所有部门和学院，“艾姆斯解释说。“我们相信，如果我们把他们放在一个让他们学习如何制作东西的环境中，与来自不同背景的人在一起，他们就会明白为什么某人与众不同的价值，以及为什么让他们加入你的团队很重要。

内特·艾姆斯

由于缺乏劳动力发展经常被增材制造行业的许多人列为一个问题，这似乎是一个很好的模型。艾姆斯说，CDME是“技术不可知论者”，其员工与其雇用的本科生一样多样化。根据其网站，CDME的目标是提高美国的制造业竞争力，该中心与人工智能，自动化和加工到成型和成型，网络安全，当然还有3D打印的所有领域合作。

解决混凝土的碳足迹问题

俄勒冈州立大学土木工程助理教授Lisa Burris博士与我们分享了她在混凝土方面的一些丰富知识，以及它如何导致“我们国家和世界的关键挑战”。

“我的研究重点是可持续性和耐用性。混凝土是第三大二氧化碳排放者，随着人口随着时间的推移继续增加，这不会放缓，“她解释说。“因此，与其决定不使用它，我们真的需要考虑优化我们拥有的材料配方并减少其碳足迹。我使用不使用钙或使用细菌填充裂缝的混凝土，并且我使用新颖的系统，例如3D打印。我们将把这从新颖变为现实和平易近人。

丽莎·伯里斯博士

她解释说，在美国，有许多我们无法更换的旧结构，并表示这个国家需要“持久的基础设施”，这就是增材建筑可以发挥作用的地方，正如我们在一篇关于拜登政府最初基础设施计划的文章中指出的那样。

“我们正在努力提高与当地制造商、骨料供应商和混凝土生产商合作使用当地材料的能力，”伯里斯博士说。“我们还在研究如何测试材料，如何加固材料，如何可持续地打印，我们需要了解如何将技术从仅由专家操作转变为即插即用系统。我们正在努力在俄勒冈州立大学创建一个智能系统，该系统知道混凝土发生了什么，并为用户做出决定，以便普通人可以使用它。

经济适用房、自动化等

Pantheon 3D的首席执行官兼创始人Ryan Kelly解释说，该公司对经济适用房感兴趣，但也“希望为年轻人提供进入行业的方式”，因此它绝对是这项工作的好合作伙伴。很明显，整个团队都对教学充满热情，同时也试图全面解决建筑行业的痛点。

“有些人年薪5万美元、6万美元，他们几乎买不起住的地方。我们必须找到一种方法来更快地构建，“Pantheon 3D的首席开发官Stephen Davis说。

COBOD北美战略合作伙伴关系经理Vincent Albanese解释说，增材制造中使用的自动化可实现一致性，质量和速度，并指出该公司最近在沙特阿拉伯的一个项目能够在两个月内完成;使用传统的制造方法需要七个月的时间。

Albanese说，选择俄亥俄州进行这个项目是因为“我们知道它是制造业的中心，特别是增材制造。我们知道俄亥俄州是关键。我100%同意他的说法。

有关建筑 3D 打印的常见问题解答

当Pantheon 3D忙于设置BOD2时，DiMarco和团队的其他成员回答了观众的问题。有些更多的是在物流方面，例如设置打印机需要多长时间;答案是6-8小时，由训练有素的团队。其他人想知道建造四人住宅的成本，凯利强调说，如果有人现在给你一个实际数字，他们在撒谎，尽管他确实估计它可能比传统建筑少40%。

“这是一生节省成本，通过木材与混凝土，降低保险费，缩小成本差距，”他解释说。“这是整个生命周期的成本节约。

确保砂浆混合物始终沿着泵向动。

当被问及3D打印房屋涉及什么样的维护时，Burris博士说，使用混凝土而不是典型的木材，房屋将“更不容易出现耐久性问题，特别是在霉菌方面”。其他人想知道这种材料的IP，Albanese说BOD2的好处是它可以使用客户想要的任何材料。“我们有一个开源的批处理厂，所以你可以开发自己的混合物，”他解释道。

最初，该团队使用的是Quikrete的专有混合物，但他们也在讨论其他非专有配方，以便尽可能接近预混料。许多组件进入混合，这些组件必须是可流动的，并且能够在层堆积时在特定时间内设置。另一个人想知道他们是否处理废物，伯里斯博士说他们正在使用玉米油等材料。“长期的未来是使用当地采购的材料来制作自己的混合物 – 沙子，骨料，类似的东西 – 世界各地都在研究使用其他材料，如粉煤灰，大麻或当地粘土，”DiMarco指出。

以下是提出的其他一些问题的列表，以及回答：

• 系统是否有任何自动化？

• COBOD正在研究机械臂的使用。

• 恶劣天气下会发生什么？

• COBOD正在测试不同的外壳，并调查打印机仍然可以工作的低温程度。

• 是否有3D打印住宅的建筑规范？

• ASTM将于今年晚些时候通过与ISO和美国政府的联合工作组发布3D打印结构的建筑规范。

• 在必须停止干燥之前可以打印多少层？

• 这取决于打印区域，并且由于OSU马场内的设置非常小，因此过程非常缓慢;底层大约10-15分钟。

• 打印机的价格是多少？

• 成本是相对于机器尺寸的。建筑是一个非常昂贵的行业，因此打印机的价格可以从75万美元到200万美元不等。CDME的设置约为70万美元。

DiMarco在向所有人解释现场发生的事情方面做得很好，在观众提问之间提供了大量的流程更新。他一开始就警告我们，印刷演示可能会失败，然后继续向人群解释发生了什么。打印机使用 G 代码，操作员使用笔记本电脑控制系统。DiMarco解释说，我们都能听到的响亮的嗡嗡声是泵，各个团队成员正在检查混合物的粘度，并确保砂浆混合物始终沿着泵向下移动。

一旦他们确定材料具有良好的粘度并且流动正常，他们就可以开始打印了。为了防止材料变干，软管内部必须完全涂覆。

“我们使用泵系统将 90% 的水-10% 的泥浆喷射到软管中，然后将其取下，在将软管重新连接之前用 5 加仑的桶进行材料测试，”Pantheon 3D 团队成员解释说。“然后我们挤出系统，让它穿过实际的喷嘴，并用手实际捕捉层，以确保它不会太流。然后我们会让系统开始工作。

在第三层之后，团队在层线的侧面添加了襟翼，以平滑一切，正如DiMarco所描述的那样，“几乎就像锦上添花”。襟翼不能放在前两层，因为它们会“撞到地面”。当他们到达第五层时，材料变得太稀薄，因此团队不得不停下来处理混合物。许多因素可能导致此问题，包括流速和水温。然后，他们必须用水冲洗泵并清除材料，最终清洁喷嘴。

“清理过程可能需要大约30分钟到一个小时，”DiMarco解释说，有效地告诉我们示威已经结束。“但今天的目的是向你展示整个过程，以清理结束，这就是发生的事情。

显然，这不是团队希望达到的结果，但这仍然是一个非常令人印象深刻且具有教育意义的演示。3D打印房屋即将到来，无论我们是否准备好了。