建造

研究人员探索施工喷射3D混凝土印刷方法

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研究人员你布伦瑞克提出了一种新型的3D打印过程,可以推动建筑扇区中添加剂制造的限制,称为注射3D混凝土印刷(I3DCP)在悬浮液中。

在混凝土结构内,电流添加剂制造技术倾向于聚焦通过材料挤出,喷射或结合层的逐层印刷。虽然这些技术有其优点,但它们可以通过几何分辨率和复杂性,表面质量和低建筑物速率抵消缺点。

I3DCP在悬架中的基本思想是通过机器人将一个流体材料进入另一个流体材料来克服分层3D打印的局限性。由于每个材料的特定流变性能,或者它们如何响应力或应力而产生稳定的结构。

根据研究人员,这种方法提供更高的建筑速率和打印不受引力力限制的自由形式轨迹的能力。因此,I3DCP可以为3D印刷混凝土结构建立完全新的结构特征和效率。

桥的一个基本模块的原型,大约1米宽,研究人员打印出来测试他们的I3DCP技术。照片通过Tu Braunschweig。
桥梁之一的原型,宽度约为1米,研究人员打印为测试其I3DCP技术。照片通过Tu Braunschweig。

id3dcp在悬挂应用中的应用

I3DCP的首次大规模应用是由法国初创企业solliquid提出的,该公司使用六轴机器人将混凝土挤压成可重复使用的凝胶基质,创建了一个2.5吨的大型人工珊瑚礁。不需要任何支撑结构,因为凝胶在整个打印过程中都能保持部件的位置,直到它变硬并可以被移除。

同年,在布劳恩瑞格理工大学成立了一个实验设计工作室,利用I3DCP技术设计和生产小型空间结构。然而,研究人员并没有使用凝胶,而是开始使用磨碎的石灰石悬浮液作为载体液体进行实验。

虽然该技术的第一个应用已经显示出希望,但需要了解注入混凝土的流变性要求和载体液体的知识,以将技术转发到工业规模应用中。研究人员还在研究载体液体的可回收性及其经济和生态影响。

喷射三维混凝土打印过程:(a)混凝土悬浮,(b)混凝土悬浮,(c)混凝土中混凝土。通过ubraunschweig的图像。
喷射三维混凝土打印过程:(a)混凝土悬浮,(b)混凝土悬浮,(c)混凝土中混凝土。通过ubraunschweig的图像。

克服I3DCP过程的挑战

I3DCP过程的成功依赖于注射混凝土材料(A)重量之间的力的微妙平衡,载体液体注入(B),来自印刷喷嘴的力,以及两种材料的流变性质。如果这些力之间的右平衡没有击中,则它将导致不合需要的物体。

同时,3D印刷结构的形状由挤出流速,机器人引导喷嘴的速度和喷嘴的横截面积确定。

喷射3D混凝土印刷过程中的潜在故障。通过ubraunschweig的图像。
喷射3D混凝土印刷过程中的潜在故障。通过ubraunschweig的图像。

地面石灰石被认为是一种惰性填料材料,可重复使用和廉价。据涂布拉卢克重合队称,地面石灰岩悬架在成本,可重用性和流变性质的控制方面提供优于凝胶的优势。

为了克服id3dcp在悬浮状态下的挑战并测试其技术的有效性,研究人员使用一个轻量级UR 16机器人进行了多次实验。三个模板放置在机器人工作台相邻的两侧,六个模具填充地面石灰石悬浮物。然后机器人以0.000025 m³/s的速度将混凝土挤压到模具中。

喷射3D混凝土印刷设置:搅拌机,泵,机器人和填充地面石灰岩悬架的模板。照片通过Tu Braunschweig。
喷射3D混凝土印刷设置:搅拌机,泵,机器人和填充地面石灰岩悬架的模板。照片通过Tu Braunschweig。

由此产生的增强I3DCP打印元件形成了一个拱形桁架桥的比例版本,研究人员称这显示了新型轻质混凝土结构的巨大潜力。与大多数3D混凝土打印技术中固有的一层一层的水平链沉积不同,该团队能够通过打印不受重力限制的空间自由轨迹来生成复杂的混凝土结构。

接下来,brunschweig团队将通过控制混凝土的变力流来调整注入混凝土的股径,从而推进他们的id3dcp技术。他们相信,这可以看到一种“全新的、前所未见的构造语言”的建立,以及建造混凝土结构的结构效率的提高。

该研究中的其他信息可以在标题为:“注射3D混凝土印刷在载体液体的物理学和应用于轻质空间框架结构”在水泥和复合材料中发表。该研究由D. Lowe,A. Vandenberg,A. Pierre,A. Thoman,H. Kloft和N. Hack进行共同撰写。

研究人员实验的结果显示底部略微缝。照片通过Tu Braunschweig。
研究人员实验的结果显示底部略微缝。照片通过Tu Braunschweig。

混凝土3D打印的最新进展

与传统的施工技术相比,混凝土3D印刷技术可以提供大量成本和提前的时间效益。该技术还可以产生可持续性利益,建筑公司可能能够将其相关废物削减至60%回收添加剂制造的模板,例如由此开发的BigRep巴斯夫子公司前锋AM

最近对3D打印建筑材料的研究使科学家们能够Swinburne Technology河北工业大学将再生混凝土骨料、陶粒颗粒、沙漠砂等转化为低成本可挤压建筑材料.新的3D印刷材料可能会在重型施工应用中使用。

在其他地方,研究人员丽都大学在澳大利亚,3D打印混凝土结构变得更加坚固从龙虾壳模式中汲取灵感, 尽管加州大学伯克利分校科学家们探索了纳入3D印刷的聚合物八位口格子变成混凝土结构来加固。

最近,建筑师和工程师来自苏黎世联邦理工学院的Block研究小组创造了据说是什么第一个3D打印混凝土桥梁建造没有钢筋.这座桥之所以稳定,仅仅是因为它的几何形状,它是由一种新开发的混凝土构成的,它以特定的角度打印在块上,可以自我支撑。

使用I3DCP工艺印刷预安装的钢筋棒。照片来自布朗士韦格TU。
使用I3DCP工艺印刷预安装的钢筋棒。照片来自布朗士韦格TU。

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特色图片显示打印周围预先安装的钢筋使用I3DCP工艺。照片来自布朗士韦格TU。