波兰研究人员探索3D打印建筑的自动化

2020年4月17日，南极熊从外媒获悉，波兰西波美拉尼亚理工大学（ZUT）的研究人员对3D打印建筑施工的自动化进行了研究，同时还研究了在混凝土混合料的流变特性方面改进工艺的方法。

具体而言，该研究详细介绍了增材制造技术在建筑墙体模型制造中的应用，包括门的自动安装。门是横穿建筑物的开口（例如门，窗等）的梁，用于支撑来自上方结构的载荷。

该研究的目的是提高3D打印混凝土混合物传递负荷的能力，这在3D打印施工过程中需要将外部组件（例如预制石或地板横梁）放置在顶部的情况下尤其麻烦。

研究人员表示，这种调查可以证明对使用混凝土3D打印技术设计更大的民用建筑有益。

3D打印墙的步骤

建筑3D打印的优势

该研究通过解释说，建筑技术的发展一直集中在通过自动化加快建筑物和结构的建造上。这种发展的最前沿技术是使用混凝土混合物的增材制造，该技术允许通过逐层挤出混凝土混合物来构建结构。

该技术的作者解释说：“考虑到模板可以构成混凝土结构总成本的35-54％，增材制造的应用带来可观的利润。它不仅允许无模板的结构生产，而且还减少了总的生产时间，成本和人工。该技术还提高了建筑工地工人的安全性，减少了浪费，并使用了具有较低体现能的原材料。”

的确，最近建筑3D打印领域已经出现了许多举措和项目，与传统的建筑过程相比，这使得能够在短时间内建造大型结构。例如，总部位于纽约的S-Squared 3D打印机（SQ3D）的分支SQ4D最近完成了新建筑物的建造，该建筑物被称为“世界上允许的最大3D打印房屋”。据报道，这套3D打印房屋的面积为1900平方英尺，耗时8天，打印时间总计48小时。

非盈利组织New Story是一家与流浪者作斗争的非营利组织，而总部位于德克萨斯州的建筑技术公司ICON也已启动了一项旨在创建“世界上第一个” 3D打印混凝土房屋社区的计划。 3D打印房屋于2018年首次发布，旨在为拉丁美洲的低收入社区提供适应其日常生活的低成本住房。到目前为止，ICON和New Story在塔巴斯科州已经用3D打印了两栋房屋。每个项目都在大约24小时的打印时间内完成，面积为500平方英尺。NewStory将3D打印确定为以更快的速度为这些家庭提供住房的一种方式。

SQ4D的3D打印建筑

建筑3D打印中混凝土的流变特性

在讨论结构的增材制造时，ZUT研究人员在他们的研究中解释了确保由附加打印层引起的负荷增加与固化过程中已经放置的层强度之间的相关性的重要性。作者进一步解释说：“从这个角度出发，重要的是确定合适的挤出速度，这样就可以在打印头返回其原始位置时为每一层获得足够的强度，该层需要以承受沉积在顶部的层所施加的负载。”因此，在3D打印中的主要挑战是获得具有所需流变性的混合物，以确保适当的打印过程。

因此，研究的目的是介绍带有门开口的按比例缩小的墙壁模型的增材制造，包括门的自动安装。具体来说，该研究会调整墙的设计和打印过程，以考虑到新鲜混凝土的流变和机械性能以及自动安装过程。

研究人员旨在证明自动化过程可以以高精度设计，这一点已通过仿真证实。他们在一个专门设计的地点建造了墙，该地点包括一个与抽水模块连接的3D机器人。 3D打印机和打印头的运动是由G代码控制的，而混合物是在实验室混合器中制备的，然后转移到泵单元中，然后通过软管将其输送到打印头料斗。

墙面打印过程的步骤

在成功地对比例模型墙进行3D打印之后，研究人员能够通过安装带有特殊的夹具确认增材制造中自动化墙构造过程的可能性。还证明了该打印机可以在整个打印过程中用于放置预制元件。重要的是，研究人员还证实，由于涉及的特定过程特性，与常规混凝土结构相比，新鲜混凝土的流变特性在3D打印结构中具有更高的重要性。

最后，研究人员指出：“目前在不同的研究中心正在进行多个实验项目，以研究所需的混凝土混合物的机械和流变性能及其在打印过程中的行为。有关混合特性和3D打印策略的进一步研究将导致设计和施工程序的发展，这将确保所需水平的建筑结构安全性。”

Marcin Hoffmann，Szymon Skibicki，PawełPankratow，AdamZieliński，MirosławPajor和Mateusz Techman撰写了论文“Automation in the Construction of a 3D-Printed Concrete Wall with the Use of a Lintel Gripper”。它发表在《Materials》杂志上。


编译自：3dprintingindustry