美国陆军与内华达大学里诺分校研究人员研发新型混凝土3D打印技术

2024年12月23日，南极熊获悉，内华达大学里诺分校（UNR）的研究人员，在土木与环境工程助理教授Floriana Petrone和副研究员教授Sherif Elfass的领导下，与美国陆军工程研究与发展中心（ERDC）建筑工程研究实验室（CERL）紧密合作，正致力于开发一种革命性的3D打印技术，该技术可使美国陆军在前沿部署任务中无需依赖传统建筑材料，快速创建基础设施。

△测试3D打印桥梁结构的研究团队成员

该项目，由美国国防部资助，旨在到2025年6月之前开发出一种现场3D打印混凝土结构的方法，以应对包括冲突地区在内的各种具有挑战性的环境。研究团队最近完成了一系列负载测试，涉及约七个后张拉混凝土段组成的“桥梁”模型。测试结果显示，这些结构能够承受高达7000磅的负载，证明了3D打印混凝土组件在实际应用中的潜力。

Petrone教授强调，新技术的关键优势在于模块化设计和简便的现场组装过程。她指出：“所有组件都可以在没有专门设备的情况下手动组装，这使得它非常适合在具有挑战性的战区条件下使用。”此外，研究团队正在探索如何通过添加其它组件来扩大测试样本，并研究连接方法以加速施工过程。

△Petrone和团队一直在使用美国陆军的中型3D打印机打印L形和T形混凝土组件

3D打印混凝土现场基础设施建设的未来

Petrone和她的团队正在采用一种更严格、更少反复试验的方法来提高3D打印混凝土模块的完整性和性能。包括测试由他们打印的3英尺长的混凝土模块组装而成的“桥梁基础设施”。该桥的性能将通过实验测试和数值模拟进行验证。

与早期依赖于Edisonian方法的反复试验方式不同，研究人员正在开发一种更系统的方法，以确保这些结构能够按需运行。这项工作将3D打印、分段施工和先进的数值模拟相结合，以构建可靠、可扩展的结构，进一步提高美军在偏远或恶劣环境中建造基础设施的能力。

△作为研究工作的一部分，对3D打印混凝土段进行了测试

Elfass教授补充道：“将数值建模与3D打印和分段施工相结合，为我们在施工前预测结构性能提供了强大的工具。这使工程师能够优化分段的放置和打印组件的设计，确保打印结构在各种条件下满足必要的强度和耐久性要求。”

这项研究的最终目标是为美军提供一种强大的技术基础，以实现现场打印和组装所需的结构。在大学大型结构实验室（LSSL）的协助下，研究团队使用美国陆军的中型3D打印机生产了L形和T形的混凝土部件，并持续改进其方法，以确保复杂的装配过程在具有挑战性的条件下可行，从而为未来的军事行动提供按需、强大的基础设施支持。