南洋理工大学：大型混凝土打印工艺与材料

来源：增材之光

南洋理工大学机械与航天工程学院最近提交了一篇题为“大型3D混凝土打印：过程与材料特性”的论文，探讨了在建筑行业中采用更先进的技术和材料的潜力。这项研究检验了混凝土油墨是否需要良好的流动性，以及为性能和优质产品寻找正确的打印参数所面临的挑战。可泵送性、层粘合性和可建造性也是关键要素，在制造大规模样品时将探索所有这些功能，以及通过3D打印改进对模板的需求。

（a）行驶速度和流量之间的平衡差（b）适当的平衡在行进速度和流量之间。

在模板中浇筑混凝土用于临时支撑不仅是一个劳动密集型过程，而且成本更高。实际上，正如研究人员所指出的那样，模板占混凝土框架成本的40％至60％，以及总建筑成本的10％。

3D打印在建筑中的优势：
•缩短建造时间。
•更便宜的建筑。
•减少人力劳动。
•减少材料浪费。
•更大的设计自由度。
•更好的功能集成潜力。

研究人员表示：“所有这些减少最终都转化为节省成本，这使人们探索在建筑中使用3D打印来定制具有复杂几何形状的结构。”在全球范围内，用混凝土进行3D打印引起了人们的兴趣，推动各种不同的项目和研究，从混凝土墙的加固到开发和使用纤维添加剂，再到试验新技术。使用混凝土进行3D打印的方法不断发展，包括：
•粘结剂喷射。
•材料沉积法。
•轮廓制作。
•弧形床打印。
•网格模具。

3D混凝土打印可能是一个复杂的过程，尤其是在要求不明确的情况下。应当调整打印参数和材料属性，以满足项目要求，例如成本和工期。通过建立打印路径和速度，可以确定垂直加载应力。可以将该垂直应力与混合物的屈服应力进行比较，以确定其是否适合打印。

使用（a）陶瓷和（b）水泥材料制作轮廓

拉夫堡大学的混凝土打印

网格模具结合了混凝土的模板和加系统。

随着研究人员不断寻求更可持续的选择，使用合适的材料至关重要，其中包括：
•高掺量粉煤灰混凝土。
•地质聚合物。
•再生玻璃骨料。

对于本研究，通过改变打印参数来创建渐变混凝土材料。通过研究效果，研究人员发现流量和行进速度都对长丝和尺寸产生巨大影响。

具有功能渐变结构的主要优点是减少了材料，降低了打印速度，因为支撑结构区域使用的材料更少，有助于减少打印时间。这表明，通过拓扑优化，可以制造这种功能梯度材料，以生产出一种与未优化结构相比性能得到改善的结构。

用于大规模打印的机械臂打印机。

建筑业的未来很可能是一个综合过程，使本组织能够利用传统和增材制造技术。随着许多发展中国家城市化进程的加快，迫切需要提出一些聪明的想法，以优化我们居住和工作的建筑物的可持续性能。监管机构还通过为选择以可持续方式建设的公司创造适当的激励措施，在可持续建设方面发挥重要作用。