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文章發布日期:2021-01-21

3D列印建築究竟距離你我有多近?
帶著疑問,我們來看一串數字

17天,1台3D印表機,
一座高6公尺、長36.5公尺,寬約12.1公尺的
杜拜未來基金會 (DFF) 應地而起。

3D列印建築技術很神奇嗎?

事實上,列印房屋的整個過程,正與烘培師傅擠奶油的動作如出一轍:3D列印設備將建築專用油墨從列印噴頭中擠壓出來,再以一層層疊加建築材料,最後會以自動化的方式,列印出房屋建築。

由於以上的全程會由電腦程式操控,與傳統施工工藝相較,3D列印建築的施工速度更快、自動化程度更高,並能夠列印出任何細節特點與複雜曲面、管線,兼具造型能力強,精準度更高等特色。

3D列印的建築安全嗎?符合規範嗎?耐用嗎?

率先因應挑戰的 UL
值得欣慰的是,對於如何安全使用3D列印技術這個大哉問,UL進行了逾五年的研究,並致力於在3D列印技術的市場化進程有其專業領域的著墨。

隨著3D列印技術的普及化,相信傳統建造過程及市場將會產生革命性的發展。3D列印建築所呈現的綠色環保、節約能源等人文價值,亦對人類及環境有所造福。

2016年
UL 制訂了UL Blue Card服務方案,使客戶可透過公開資料庫登載通過評估的材料資料,大力促進各類終端產品預選其欲採用的3D列印材料和零組件。
2017年
UL著手測試3D列印建築施工的安全性、耐用性和符合法規等因素。
2018年
UL正式發布UL 3401 標準的草擬文件《3D列印建築施工評估大綱》。

在開發UL 3401期間,UL除與建築有關當局進行合作,以獲取其對評估計畫範圍的意見;同時,為了化解建築管理局的擔憂,該計畫亦曾在國際法規委員會 (International Code Council, ICC) 的主要裁判權委員會所舉辦的兩次會議上,進行了相關的討論。

符合法規與驗收上的挑戰

建築師需要證明3D列印結構符合適用的建築或住宅規範,以獲得轄區建築規範管轄機構的同意,來進行實際的3D 列印建築施工。

只不過,符合法規這件事,無論對建築師或建築規範管轄機構,都是一項艱鉅的挑戰。畢竟,攤開現有的建築或住宅規範,尚未看到任何對3D列印結構的相關規定與要求。

甚至混凝土結構的法規要求,亦不得直接適用於以水泥為基底的3D列印建築施工中。因為以砂漿水泥為基礎的製造方法,即是如前述的以層層疊疊方式列印而形成構件,在該規範中並未具體描述與涵蓋。

鑒於3D列印建築目前還沒有明文的法規要求,因此建築規範管轄機構必須根據規範中的替代材料和方法,單獨考量每個專案的狀況,再一一對其進行評估和認可。

相關機構或能採用這個途徑來對3D列印的建築結構執行審核流程,然而前提是,這些3D 列印結構皆必須符合相應規範,並達到規定的品質、強度、有效性、耐火性、耐用性和安全級別。

根據標準 ── 如UL 3401標準 ── 進行測試和評估以取得資料被視為公認方法,於此,建築規範管轄機構即能判斷每一個送交審理之3D列印建築物的等效法規符合性。

UL 3401評估所填補的代溝

大致上來看,UL 3401的評估範圍正涵蓋使用積層製造 (additive manufacturing) 或3D列印工藝製造的建築結構和元件,例如板材、牆壁、隔板、地板/天花板、屋頂、立柱和樑柱…等。

透過UL 3401 評估所獲的技術資訊報告,可用來判斷某個使用3D列印的建築組件是否符合現有的建築規範。該標準所提供的這套評估過程,尚能記錄受評估組件與建築規範所提供參用之性能測試標準是否一致性。

扼要來說,UL 3401的評估能夠協助確認關鍵的生產元件能否充分穩定製造出性能與最初受測的3D列印樣品一樣的結構。

以上所指的關鍵要素可包括:

  • 3D列印設備
  • 工藝製造過程
  • 積層製造材料 (additive manufacturing materials, AMM)
  • 品質控制程式
  • 製造記錄

以上所指的性能評估:

  • 機械特性
  • 防火性能
  • 蒸氣、空氣和水隔絕性
  • 保溫性能
  • 室內空氣品質
  • 環境曝露前後狀態的耐久性、完整性和性能

3D列印的製造過程將登載在《工藝製造描述報告》(Fabrication Process Description report)中,並由「調查報告」(Report of Findings) 參用。

測試注意事項
3D列印的樣品需要進行測試,才能確定是否符合建築規範中的參考標準,如UL 723 (表面燃燒特性)、UL 263 (耐火性)、ASTM E331 (阻水層)、ASTM C1363 (熱性能) 和其他標準。

除了建築規範要求的測試外,UL 3401評估方法還會納入環境調節前後的材料性質和性能測試要求,以取得3D列印結構在耐久性方面的技術資料。這裡提及的環境條件包括紫外線強度、浸水程度和凍融循環。

由於測試性能將因多種製造要素而異,故測試樣品的列印工法,將應用已有存檔備案的3D列印製造過程及相關的3D列印積層製造材料 (AMM)。

調查報告
UL 3401的評估在完成後,將取得一份調查報告 (Report of Findings),以供設計師和建築規範管轄機構採用。該報告會對所有涉及建築組件的施工情況進行描述,並明載了工藝製造過程、3D列印設備及用於製造列印結構的積層製造材料 (AMM)。

其還會記錄了在測試過程中所取得的任何額定值、材料屬性和材料性能特點。調查報告會供予給 3D 列印評估專案的發起者,該發起者可將該報告併入提交批核程序中所需備的施工計畫審查文件。

來自建築規範管轄機構的認可

幸運地因為有數名建築官員在ICC法規開發聽證會所提出的公開證詞,《2021年版國際住宅法規(International Residential Code, IRC)》將納入可採用的3D列印建築附錄。法規亦提出部分或完全採用3D列印技術打造的建築或結構,必須根據UL 3401評估進行設計、施工和檢查。

在美國全境認可的法規中正式涵蓋這些標準要求,指標的意義正能為建築從業人員和建築規範管轄機構在設計、製造及審核3D列印建築施工方面,奠定一個紮實的技術基礎。

UL 3401 認證及予以的認證產品編號

我們已經開展了 UL 3401 的認證服務,目前已有位於美國的Mighty Buildings率先成為通過 UL 3401 評估的企業。欲查詢3D列印建築的認證資料,可連結Product iQ – UL線上認證目錄,利用其專屬的的認證編號 – ULFQ 進行搜尋。

若對我們的3D列印建築認證方案有興趣或欲知道更多,歡迎點擊聯絡我們提交您的需求。

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