在瑞士庭院里种植“未来之树”，这是一个完全数字化的建筑

      这种被称为“未来之树”的结构结合了最先进的设计技术、材料科学和机器人，制造了一个吸引人眼球的建筑对象。Gramazio Kohler在苏黎世展示了其最新的研究成果，“未来之树”由一个漏斗状的轻质结构组成。整个设计和制造是作为不可分割和完全数字化的过程发展起来的。

      该建筑位于瑞士埃斯林根，瑞士AEC咨询公司也是该项目的客户和合作伙伴。“未来的树干是一根钢筋混凝土柱，它是用一个机器人3D打印的超薄模板制成的，里面装满了一种自定义的快速硬化混凝土，”设计团队解释。这一被称为“蛋壳”的新制造工艺允许制造非标准的、结构优化的混凝土结构，同时能够整合标准钢筋和尽量减少模板浪费。蛋壳工艺利用熔融沉积模型(FDM)3D打印，以实现广阔的设计和制造空间。

      模板的高度为2.1米(6‘11’)，采用六轴机器人臂与垂直直线轴相结合的大规模印刷装置制作成一个整体。“3D打印过程的制造数据是由参数化设计模型直接生成的，它允许物理原型的快速迭代，”小组说。大规模3D打印中常见的挑战是冷却时印刷材料的收缩。在未来的树柱中，这个问题是通过在模板上应用菱形微图案来解决的。这有助于减少印刷时因收缩而产生的压力，以及加强模板的强度。

      该列是在建筑中使用薄的3D打印模板的第一个例子。“通常情况下，混凝土模板是厚厚的木料或钢板，有支撑结构，能够承受刚浇筑的混凝土施加的静水压，”Gramazio Kohler研究指出。然而，在蛋壳工艺中，可以使用厚度仅为1.5毫米的模板，采用精密的铸造方法。这种浇筑方法是在苏黎世ETH的智能动态浇筑(SDC)工程中首次开发的，采用掺合料的组合来仔细控制混凝土的设置。这样就可以将模板的压力降到最小，用8公斤的模板来制造800公斤的柱子。

      天篷是一个相互的框架跨越107平方米(1,152平方米)，有380个独特的乙酰化木材元素。该结构位于混凝土柱上，并附加锚定在建筑物的两侧。“由于元素的特殊排列，互惠框架的跨度比元素的大小要大得多，”团队说。在这里，在框架的结构行为的激励下，蜂窝图案逐渐在六角形和三角形之间转换，以便在框架的不同区域实现不同程度的弯曲刚度。悬臂角越来越多的三角形结构使这一区域变得更硬，并且局部地将结构变形降到最低。

      为了研究该设计的许多实例，编制了整个结构的几何和评估程序(用算法描述)，包括建筑师的建模软件(RANO)和工程师的结构分析应用程序(Sofistik，Autodesk RSA)之间的自动数据交换。 “计算模型还为并行设计方法提供了便利，允许同时解决和协调不同层次的细节(LOD)和学科，”Gramazio Kohler研究解释。例如，连接木材元件的螺钉的几何形状是与总体设计平行发展的，这样结构完整、建筑设计和制造可行性都可以持续地得到保证。

      自2005年成立以来，由法比奥·格拉马齐奥(Fabio Gramazio)和马蒂亚斯·科勒(Matthias Kohler)领导的苏黎世ETH研究小组一直处于建筑数字化制造的前沿。

混凝土柱肋木梁

用六轴机器人臂和垂直直线轴进行薄模板的三维打印

薄模板的铸造工艺

实验室最终混凝土柱