南洋理工大學：大型混凝土打印工藝與材料

來源：增材之光

南洋理工大學機械與航天工程學院最近提交了一篇題為“大型3D混凝土打?。哼^程與材料特性”的論文，探討了在建筑行業(yè)中采用更先進的技術(shù)和材料的潛力。這項研究檢驗了混凝土油墨是否需要良好的流動性，以及為性能和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品尋找正確的打印參數(shù)所面臨的挑戰(zhàn)。可泵送性、層粘合性和可建造性也是關(guān)鍵要素，在制造大規(guī)模樣品時將探索所有這些功能，以及通過3D打印改進對模板的需求。

（a）行駛速度和流量之間的平衡差（b）適當?shù)钠胶庠谛羞M速度和流量之間。

在模板中澆筑混凝土用于臨時支撐不僅是一個勞動密集型過程，而且成本更高。實際上，正如研究人員所指出的那樣，模板占混凝土框架成本的40％至60％，以及總建筑成本的10％。

3D打印在建筑中的優(yōu)勢：
•縮短建造時間。
•更便宜的建筑。
•減少人力勞動。
•減少材料浪費。
•更大的設計自由度。
•更好的功能集成潛力。

研究人員表示：“所有這些減少最終都轉(zhuǎn)化為節(jié)省成本，這使人們探索在建筑中使用3D打印來定制具有復雜幾何形狀的結(jié)構(gòu)?！痹谌蚍秶鷥?nèi)，用混凝土進行3D打印引起了人們的興趣，推動各種不同的項目和研究，從混凝土墻的加固到開發(fā)和使用纖維添加劑，再到試驗新技術(shù)。使用混凝土進行3D打印的方法不斷發(fā)展，包括：
•粘結(jié)劑噴射。
•材料沉積法。
•輪廓制作。
•弧形床打印。
•網(wǎng)格模具。

3D混凝土打印可能是一個復雜的過程，尤其是在要求不明確的情況下。應當調(diào)整打印參數(shù)和材料屬性，以滿足項目要求，例如成本和工期。通過建立打印路徑和速度，可以確定垂直加載應力?？梢詫⒃摯怪睉εc混合物的屈服應力進行比較，以確定其是否適合打印。

使用（a）陶瓷和（b）水泥材料制作輪廓

拉夫堡大學的混凝土打印

網(wǎng)格模具結(jié)合了混凝土的模板和加系統(tǒng)。

隨著研究人員不斷尋求更可持續(xù)的選擇，使用合適的材料至關(guān)重要，其中包括：
•高摻量粉煤灰混凝土。
•地質(zhì)聚合物。
•再生玻璃骨料。

對于本研究，通過改變打印參數(shù)來創(chuàng)建漸變混凝土材料。通過研究效果，研究人員發(fā)現(xiàn)流量和行進速度都對長絲和尺寸產(chǎn)生巨大影響。

具有功能漸變結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是減少了材料，降低了打印速度，因為支撐結(jié)構(gòu)區(qū)域使用的材料更少，有助于減少打印時間。這表明，通過拓撲優(yōu)化，可以制造這種功能梯度材料，以生產(chǎn)出一種與未優(yōu)化結(jié)構(gòu)相比性能得到改善的結(jié)構(gòu)。

用于大規(guī)模打印的機械臂打印機。

建筑業(yè)的未來很可能是一個綜合過程，使本組織能夠利用傳統(tǒng)和增材制造技術(shù)。隨著許多發(fā)展中國家城市化進程的加快，迫切需要提出一些聰明的想法，以優(yōu)化我們居住和工作的建筑物的可持續(xù)性能。監(jiān)管機構(gòu)還通過為選擇以可持續(xù)方式建設的公司創(chuàng)造適當?shù)募畲胧?，在可持續(xù)建設方面發(fā)揮重要作用。