UCL Bartlett 建筑学院金奖作品- 连续3D空间打印造就优雅的空间曲线 / 四六文摘

设计版权归 CurVoxels Team 所有

来自伦敦大学学院（UCL）巴特莱特（Bartlett）学院的学生团队开发出一种新的3D打印技术打印复杂的曲线的三维空间结构。该团队毕业设计Spatial Curves 获伦敦大学巴特莱特建筑学院建筑设计金奖，由著名建筑设计师兼理论家Peter Cook 颁奖。强烈建议大家观看视频！！

传统数字参数化设计受限于旧的建造方式，但是随着科技发展涌现出了更多的建造可能性，比如3D 打印。21 世纪数字建造提供了改变建筑模式的机遇，可以用机器人作为数字设计和数字建造之间的媒介。本设计希望在当今数字设计和建造的语境下赋予空间结构新的语义，通过连续的3D 空间打印技术造就优雅的空间曲线，从而创造新的建筑形式，模糊传统建筑屋顶，墙面，地板之间的界限，使人置身其中有完全不同的感受。

| 作者简介 |

李晓琳,90 后,毕业于伦敦大学学院(UCL)建筑设计专业,获得建筑学硕士(MArch)学位。毕业设计 Spatial Curves 获伦敦大学巴特莱特建筑学院建筑设计金奖,由著名建筑设计师兼理论家 Peter Cook 颁奖。2015.06 参加加拿大多伦多 3DXL exhibition, 2015.09 参加英国伦敦 Bartlett B-Pro Show。毕业设计在 DEZEEN, DESIGNBOOM, ARCH2O 等国外著名网站杂志发表。

| Introduction |

项目名称:SpatialCurves
项目团队:李晓琳 ( 中国 ), Hyunchul Kwon( 韩国 ), Amreen Kaleel( 印度 )

项目导师:Manuel Jimenez Garcia( 西班牙 ),Gilles Restin( 比利时 )

项目性质:UCL Bartlett MArch 建筑学研究生研究设计

项目项目获奖:UCLBartlett 建筑设计金奖
项目花费:5 万人民币

图为 Peter Cook 先生为获伦敦大学巴特莱特建筑学院金奖团队颁奖从左到右:李晓琳 Xiaolin Li ( 中国),Hyunchul Kwon(韩国) Frédéric Migayrou(UCL Bartlett 建筑学院 B-Pro 主任 )Peter Cook(UCL Bartlett 建筑学院系主任,著名建筑设计师兼理论家 ) Amreen Kaleel(印度)

传统数字参数化设计受限于旧的建造方式,但是随着科技发展涌现出了更多的建造可能性,比如 3D 打印。21 世纪数字建造提供了改变建筑模式的机遇,可以用机器人作为数字设计和数字建造之间的媒介。本设计希望在当今数字设计和建造的语境下赋予空间结构新的语义, 通过连续的 3D 空间打印技术造就优雅的空间曲线,从而创造新的建筑形式,模糊传统建筑屋顶,墙面,地板之间的界限,使人置身其中有完全不同的感受 .

| CurVoxels |

小组 CurVoxels 团队,名字来源于英文单词 Curve 和 Voxel 的组合。 Voxel 中文翻译是体素,即顾名思义是体积的像素。用来在三维空间中表示一个显示基本点的单位,类似于二维平面下的像素(pixel)。像素具有一样的基本形状,即正方形,但是他们带有不同的色彩信息, 当它们大量组合在一起作为整体来阅读就有了一幅二维画面。同样地, 当带有特殊信息的体素组合在一起会形成一个三维空间。我们选取贝兹曲线(Bezier Curve)作为研究对象来代表体素的信息, 因为贝兹曲线至少有 4 个控制点在体素的顶点上,它可以很好地表示体素的三维位置;同时可以完成由 Voxel (体)向 Curve(线)的转化, 与我们的 3D 挤出头线性建造方式统一。

Voxel 概念

Voxel 内贝兹曲线研究

Voxel Space

| Structural Continuity Combinatorics Density Printability |

然后我们重点解决几个设计中的关键词:结构性,连续性,组合性,密度,可打印性。先用 3D 打印笔进行小尺度打印模拟,研究如何使结构自我支撑,并且打印连续且打印头不与打印部分发生碰撞。然后是对组合学的研究,组合数学也是一种算法逻辑,如果把骰子看成一个体素单元,其每个面带有不同信息,通过旋转组合,相同的面进行拼合,可以无限生长。同理,我们先在二维空间研究 2D 曲线如何旋转组合生长,进而拓展到三维空间,我们制作了一个小的概念性建筑。其次是结构优化分析,第一种方法将 Octree(八叉树)理论运用到计算算法,Octree 是用于描述三维空间的树状数据结构,想象一个立方体,其最少可以切成 8 个相同等分的小立方体,以此进行空间结构细分, 通过提高密度增强薄弱点强度。第二种方法是提高曲线直径加强薄弱地方强度,这和我们的第四代打印装置三头设计也是符合的。

3D 打印笔打印测试

2D 曲线组合逻辑研究

3D 曲线组合逻辑研究

Pavilion 概念设计

| Curve Prototype |

通过对以上问题的研究,最终设计一种 Voxel 内曲线原型,由此Voxel 可以通过 24 种旋转方式转化成不同数据(data)。制定一种计算机算法逻辑使曲线原型通过旋转组合在一起并且生长。同时机械臂打印路径和这种算法逻辑也是一致的。

| New Panton Chair |

潘顿椅(Panton Chair)诞生于 1906 年是世界上第一个模制塑料椅子, 后续有一些在其原型基础上的新的设计。我们选择潘顿椅作为原型, 将我们的设计逻辑运用其中,用数字设计和 3D 打印的手法重新诠释潘顿椅,成为这个时代下的新的潘顿椅。我们用 12 种不同的结构优化, 设计方法诠释潘顿椅,选取其中 3 种有代表性的进行打印建造。几世纪前螺旋楼梯就已经出现,和椅子的设计逻辑一样,我们选择福利奥楼梯作为设计原型重新诠释。同样地,在建筑层面,希望在当今数字设计和建造的语境下赋予空间结构新的语义,通过连续的 3D 空间打印

技术造就优雅的空间曲线,从而创造新的建筑形式,模糊传统建筑屋顶, 墙面,地板之间的界限,使人置身其中有完全不同的感受。

12种设计方法重新诠释潘顿椅

其中一种设计渲染图

椅子的细节

用设计语言重新诠释楼梯

楼梯局部细节

| 3D Spatial Printing |

传统的 3D 打印类型无论是挤压(FDM, FFF),颗粒烧结(SLS, SLM, DMLS),层压(EBM, LOM)光聚合(SLA,DLP)都是在二维平面上进行, 通过层层叠加形成三维物体。这种方式有局限性 :1 打印悬挑结构时需要支撑材料 2 需要严格水平的打印工作平面 3 部分材料浪费。我们的设计研究希望进行空间 3D 打印曲线,难度甚于空间打印直线,需要打印过程中时刻定型。我们自行研发设计制造了 3D 打印装置,其喷嘴能够挤出直径四至六毫米的塑料长丝,配合冷却系统该塑料丝能在空气中立刻固化。当该 3D 打印装置装在机械臂上,将设计的路径信息输入, 机械臂能自主按指定路径运动,配合 3D 打印装置能够持续不断地挤压出数千米空间线条。不同于传统的 3D 打印方式都是在二维平面上通过层层叠加形成三维物体,3D 空间打印能用更少的材料更快地完成打印, 同时结构优化并保持高度的细节,甚至完成传统 3D 打印难以打印的悬挑结构。

1 第一代装置:可以打印,但是不能空间定型,需要外界支撑2 第二代装置:添加冷却系统,可以空间定型,但是打印速度慢3 第三代装置:添加双马达系统,提高打印速度 10 倍,该装置参加多伦多 3DXLexhibition4 第四代装置:添加三头打印,三个打印头可以同时打印也可以分开打印,从而改变打印粗细,或者完成多材料混合。