复合材料模具加速混凝土幕墙制造：纽约Domino Park案例

当今每座多层建筑都需要幕墙。源自法语façade，又源自意大利语facciata，意指“面孔”。简而言之，幕墙是赋予建筑特色、色彩、形状的外部公众面向结构。对建筑师，幕墙很大程度定调整栋建筑基调，彰显设计师建筑意图。

幕墙亦具功能性。提供门窗周边结构、保护建筑免受风雨冲击、影响建筑能效。幕墙材料多样：复合材料、石材、钢材、玻璃或混凝土。混凝土幕墙因可塑性，可赋建筑高立体感和视觉冲击力，特别是混凝土形态多变时。

糖业为王

纽约布鲁克林威廉斯堡滨水区11英亩Domino Park再开发项目即例证。核心是138年历史Domino糖厂，2004年关闭现改造为办公零售空间。项目含多新建筑，含45层One South First和连体10 Grand。建筑师COOKFOX（纽约）决定采用混凝土幕墙——多表面角度、多窗框形状、多窗框宽度——远眺隐喻糖结晶感，致敬场地历史。

Gate Precast Co.（美国佛罗里达杰克逊维尔）中标One South First混凝土幕墙——基本为系列窗框——制造合同。常规做法在自有工厂预制窗框再吊装安装。若循传统，Gate将造木模浇筑所有混凝土窗框。但Gate决定不按传统。

回溯2017年，Gate与预应力混凝土协会（PCI，美国伊利诺伊芝加哥）和橡树岭国家实验室（ORNL，美国田纳西橡树岭）合作，用BAAM（大面积增材制造）机在ORNL初步评估大幅面增材制造造复合模具用于厂内预制混凝土成型。BAAM为大幅面增材制造机，构建包络25平米，由ORNL和Cincinnati Inc.（美国俄亥俄哈里森）共同开发。Gate承诺为One South First幕墙造复合模具。项目需模具80套，37套3D打印，其余43套木制。决策时模具交付时间紧迫。

2016年Additive Engineering Solutions（AES，美国俄亥俄阿克伦）从Cincinnati Inc.购得首台BAAM。因此ORNL和Gate求助AES。AES副总裁兼联合创始人Andrew Bader称双方分包，AES产18套打印模具。每套窗框模具约5-6英尺宽、9-10英尺高、16英寸深、重约500磅。

Bader称模具内部几何相对简单（生产矩形窗框），但外表面设计复杂，含变深度和角度集成各模具。单打印模具替代多块木板钉制的木模。“几何简单但复杂，”Bader说。“项目需多种独特框架设计，视框位置而定。”

部分生产AES选LNP THERMOCOMP AM化合物，基于ABS含20%短切碳纤维增强的高模量低翘曲材料，供应商SABIC（美国德州休斯顿）。BAAM机每套整体模具打印8-10小时，后Quintax（美国俄亥俄斯托）CNC机加工修整4-8小时。模具打磨至尺寸要求，未密封。

窗框制造

模具运至Gate肯塔基温彻斯特工厂，与Gate自造43套木模并用。木模员工手工组装，铺玻纤毡涂树脂，喷脱模油利于混凝土框脱模。复合模具也喷脱模油。

混凝土浇筑：多模具置于40-50英尺长木浇筑台。模具组合成单框、双框、三框。钢筋置入模具内浇筑混凝土。浇筑台振动密实混凝土。固化14-20小时后脱模、酸洗抛光。装窗后整包卡车运至布鲁克林工地。

Bader称AES复合模具与木模并用迅速显优势。木模仅允许15-20次浇筑即须退役翻新或更换。AES模具允许200次浇筑仅极少翻新停工。200次是项目结束，非模具寿命终点。“那是他们停下的地方，”Bader说。“妥善维护下我们认为可用数百次。”

150次以上用量下，Gate测算需最多10套木模匹配单套AES模具性能。且考虑到造木模需40工时，无37套复合模具Gate无法赶上One South First进度要求。

Bader承认AES复合模具成本是木模4倍，但耐用性至少10倍。“预制模具制造方式数十年相对未变，”Bader断言。“突然一天我们造500磅3D模具，众人震惊。”但他承认增材制造此类模具最具成本效益于几何复杂或高重复——同一模具多次用——的应用。

Bader报告AES现拥有运营四台BAAM机，可产8英尺高零件。更大件通过拼接多段构建。