分段列印、車間蓋被子保溫，揭秘成都這座全球最長高分子3D列印橋

列印過程。（受訪者提供）

川觀新聞記者 王代強

“3，2，1，茄子！”12月14日，成都龍泉驛區驛馬河公園，臨近中午，仍有一波接一波遊客排著長隊，爭相與“流雲橋”合影。

兩週多前，驛馬河公園二期正式開園，隨之亮相的“流雲橋”迅速成為網紅打卡地——它是全球最長高分子3D列印橋，由中建西南設計研究院和上海建工園林集團合作完成。整橋全長66。8米，其中3D列印部分橋長21。58米、最寬處8米、最高處2。68米，橋身藍白相間，若輕盈靈動的絲帶，又若漂浮天際的流雲，集功能實用與工藝觀賞為一體。

實拍流雲橋。（王代強 攝）

為什麼要設計這樣一座橋，這麼長的橋是怎麼打印出來的？近日，記者走近“流雲橋”的設計製作團隊，揭開其誕生之謎。

設計靈感源於河流與絲綢

從驛馬河公園5號停車場進入公園，沿著一條健身步道先向前行，再向右走。大約300米後，眼前呈現一片草坪和竹林環繞的“臥雲澤”景觀湖。湖的一角，橫臥一道白色圍欄、藍色橋面的“V”字型橋，這就是“流雲橋”。在低處平視湖面，天空和橋體在水中的倒影融為一體，恰似流雲在天上飄動，很有立體感、流動感。

流雲橋。（受訪者供圖）

為何要在這裡建這麼一座橋？中建西南院景觀院院長程銳介紹，主要有三點考慮。其一，驛馬河公園西北側為大運會主場館（東安湖體育公園），橋建於此能讓來自全世界的與會人員，推窗就能看到，領略公園城市風光，展現科技力量。其二，經考察調研，驛馬河公園二期南部主要為集中居住區和中央活動區，北部為商業和商住區，南北往來人員流量大，橋建於此能更好服務周邊市民休憩。其三，隨著驛馬河公園開放，到此處玩耍的小孩越來越多，希望藉此橋打造科普走廊，實現教育功能。

“2019年就提出了橋的構想，並由院裡專家組牽頭，與專案施工方一起對選址、建造條件等可行性進行了調查研究。”張曉翔說，光是橋的設計就花了約半年時間。景觀院總建築師張靜表示，設計的最大難點，是如何兼顧橋的功能性和美觀性。作為景觀橋，要實現“一橋一景”，經過多輪“頭腦風暴”，設計思路逐漸清晰

流雲橋。（受訪者供圖）

橋樑形態設計靈感來源於驛馬河區域內自由奔騰的河流，歡快流淌的小溪似絲綢之路在面前展開。“線條流暢、靈動輕盈，是整座橋的外形特色。”景觀院四所所長張曉翔介紹，“流雲橋”一面橋樑扶手是一個峰兩邊平緩寓意“一山連兩翼”；另一面橋樑扶手是兩個峰一個谷，寓意“兩山夾一城”。

同時，作為功能性橋樑，“流雲橋”還需具備通行、照明等主要和輔助功能。“為了市民們晚上的步行安全，橋體添加了照明的輔助功能，屆時的效果可以用浪漫來形容。”程銳說。

這也是全球最長高分子3D列印橋。張曉翔解釋，高分子是指其使用的是高分子材料。在此前的3D列印橋中還有更長的，但使用的是混凝土、鋼材、木材等，高分子材料的特別之處在於具有很大的形態和外觀塑造空間，且表面更光滑，質感更好。

流雲橋。（王代強 攝）

“蓋被子”防止材料變形

上海建工集團旗下的上海園林綠化建設公司，是國內3D列印領域“領頭羊”，從2018年開始實施大型3D列印，曾整體列印全球首座高分子材料3D景觀橋——上海普陀桃浦3D列印橋，以及當時全國最大的3D列印橋福建泉州3D列印橋，也是此座“流雲橋”的施工方。

“形象地說，3D列印的過程就像是在做蠟像雕塑。”上海園林綠化建設公司智慧建造中心主任龔明介紹，列印裝置的噴頭將流體狀的材料一層層擠出疊加成型，最後再對每段列印構件進行拼接端面的加工。此次列印“流雲橋”的裝置和桃浦3D列印橋是同一套，但進行了技術迭代。

流雲橋。（王代強 攝）

列印之前，先在電腦中數字設計建造橋模型。然後進行資料分析，特別是結構受力情況，先進行建模模擬分析再列印一段試樣，進行檢測，再返回修改模型、最佳化引數。龔明說，3D列印的幾個核心控制因素是材料效能、加工工藝和環境溫度。

“流雲橋”的列印材料和其他3D列印橋的材料基本相同，主要是高分子材料，通俗講就是一種做塑鋼門窗用的工程塑膠，還要再加入一定比例的玻璃纖維和改性新增劑以增強強度。同時需要裝備的擠出系統進行對應的技術匹配，經過反覆試驗，最終確定“流雲橋”的玻璃纖維的比例為20%，材料總計用了12噸。

要列印這麼長的橋，但又不可能設計開發一套同樣長的列印裝置，於是採取分段列印的方式製作，將21。58米需要列印的構件分成了16段，分段列印好再進行拼接安裝，也有利於裝卸運輸。

“雖然以前也列印過3D橋，但桃浦橋、泉州橋都是直來直去的。‘流雲橋’是弧形的，列印部分最大麴率15度，引橋部分（橋頭連線湖岸處）曲率將近90度。”龔明說，這一方面對列印程式編寫提出挑戰，同時對列印的精細度、精準度提出了非常高的要求。如果打印出來的成品有一點點瑕疵，就可能造成後期無法完美拼接，為此他們對列印裝置進行了反覆除錯和改造，同時專門開發了一套不等高列印的軟體程式。

另一個挑戰是，構件越大，列印時就越容易變形、翹曲，穩定性下降，甚至無法成型。他們又經過反覆研發試驗，將原列印裝置的噴頭研發換成了每小時能擠出20公斤原料的列印噴頭，而此前的桃浦橋、泉州橋用的噴頭每小時只能擠出8公斤或10公斤原料，既提升了列印效率，又確保了列印構件的成型穩定性。

此外，因為當時沒有恆溫車間，而列印施工期正逢開年前後，有幾天溫度很低。而最佳列印環境溫度需要保持在30度至35度左右，這樣列印構件才不容易變形。“想盡一切辦法讓熱量流失得慢一點，我們嘗試用被子將車間罩起來，開取暖器保溫。”龔明說，同時，這一次實現了採用紅外熱成像裝置實時監控列印構建溫度場，進行閉環列印。如今，隨著一系列技術的革新和新裝備的研發，已經不需要蓋被子保溫了。

加班加點，列印團隊僅用了35天就完成了橋體列印，整個過程一氣呵成，真正實現了科技與藝術的完美融合。

流雲橋。（王代強 攝）

推動大型3D列印市場化

在對列印橋段拼接面加工完成後，大貨車將材料運輸到驛馬河公園進行現場拼接裝配。過程中，採用了三維鐳射點雲掃射檢測技術，以保證成型和拼接安裝的精度。

站在“流雲橋”上細看並用手觸控橋的扶手，可以發現3D列印部分和其他採用輕質航空材料製作的引橋部分，有細微的差別。列印部分有明顯的“褶皺”，是列印過程中原材料不斷堆積疊加擠壓形成的；而引橋部分則是光滑的，這是因為引橋扶手是透過數字化設計後進行數控雕刻成型，再在其表面進行特種塗層處理。

為了提高橋樑的穩定性和通行的舒適度，在3D列印橋樑的下方增設了鋼樑作為疊合支撐受力。橋面還預留孔位，便於透過埋設管道等方式進行排水和照明施工。

“‘流雲橋’最與眾不同之處，在於它大大突破了傳統橋樑的造型設計。”張曉翔說，傳統的橋樑由石頭、木材、混凝土等材料製作，形態多為直線或者微曲線，造型單一，沒有太大變化，頂多在橋的外表做一些造型裝飾。而3D列印技術給了更大的設計空間，可以大膽設計成曲線造型，突出美感。

這也對橋樑景觀設計提出了更高要求。“如今不再單單從功能方面去設計一座橋，還要更多兼顧其審美價值，以及如何讓其融入周邊環境，實現人文、科普等關聯功能。”在張曉翔看來，這需要不斷更新設計理念，培養更多複合型設計人才。“我們將致力於開拓創新，以科技助力設計，在景觀打造中嘗試更多的新技術、新材料。”

“這是一次成功的探索。”龔明表示，將大型3D列印技術全面推向市場化，還面臨資金、技術、人才等一系列挑戰。一套大型3D列印裝置，至少要花一兩千萬元，不少裝置零部件需要從國外購買，後續希望政府加大相關裝置製造支援力度，培育壯大國內相關裝置製造能力。

目前，大型3D列印是一個智慧密集型行業。“超大型3D列印技術的研發，涉及裝備、電氣、工藝、軟體、材料等等專業，我們公司博士碩士一大把，我們需要進一步突破技術，開發出更便捷裝備、更便宜低價，環保低碳列印材料，讓普通技術人員也能參與產品設計和裝置操作。”龔明說。

經過一段時間的探索，上海建工集團發現，建設恆溫車間投入巨大，且不利於靈活生產。龔明表示，他們正探索透過技術革新和裝置改良，不建恆溫車間就能確保列印質量。下一步，他們還將透過研發新材料、回收利用廢舊塑膠、固碳技術等方式，實現更加低碳環保高效的3D列印生產，努力推動大型3D列印技術全面走向產業化、市場化。

本文來自【四川日報-川觀新聞】，僅代表作者觀點。全國黨媒資訊公共平臺提供資訊釋出傳播服務。

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