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龙虾如何帮助制造更坚固的 3D 打印混凝土,新研究解决了一些仍需要解决的技术问题,以使 3D 打印混凝土足够坚固以用于更多自由形式的结构,中国建材网,cnprofit.com
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龙虾如何帮助制造更坚固的 3D 打印混凝土,新研究解决了一些仍需要解决的技术问题,以使 3D 打印混凝土足够坚固以用于更多自由形式的结构
2021年08月03日    阅读量:69154    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

新研究表明,受龙虾壳启发的图案可以使 3D 打印的混凝土更坚固,以支持更复杂和更具创意的建筑结构。


3D 混凝土打印 (3DCP) 等数字制造技术在节省施工时间、精力和材料方面具有巨大潜力。


他们还承诺突破建筑创新的界限,但在使 3D 打印混凝土足够坚固以用于更多自由形式的结构方面仍然存在技术挑战中国建材网cnprofit.com


在一项新的实验研究中,RMIT 大学的研究人员着眼于龙虾壳的天然强度来设计特殊的 3D 打印图案。


他们的仿生螺旋图案提高了 3D 打印混凝土的整体耐用性,并使强度能够在需要的地方精确地用于结构支撑。


当团队将扭曲模式与用钢纤维增强的特殊混凝土混合物相结合时,所得材料比传统制造的混凝土更坚固。


首席研究员 Jonathan Tran 博士表示,3D 打印和增材制造为建筑业提供了提高效率和创造力的机会。


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RMIT 结构材料和设计高级讲师 Tran 说:“3D 混凝土打印技术具有彻底改变建筑行业的真正潜力,我们的目标是使这种转变更加紧密。”


“我们的研究探索了不同的打印模式如何影响 3D 打印混凝土的结构完整性,并首次揭示了 3DCP 中仿生方法的好处。


“我们知道像龙虾外骨骼这样的天然材料已经在数百万年中演变成高性能结构,因此通过模仿它们的主要优势,我们可以追随大自然已经创新的地方。”


建筑用3D打印


混凝土施工的自动化将改变我们的建造方式,而施工将成为被称为工业 4.0 的自动化和数据驱动革命的下一个前沿。


与在模具中浇注混凝土的传统方法不同,3D 混凝土打印机通过逐层沉积材料来建造房屋或制造结构部件。


借助最新技术,房屋可以在短短 24 小时内以大约一半的成本进行 3D 打印,而世界上第一个 3D 打印社区的建设于 2019 年在墨西哥开始。


新兴产业已经在支持建筑和工程创新,例如迪拜的 3D 打印办公楼、马德里的模仿自然的混凝土桥梁和荷兰的帆形“欧洲建筑”。


RMIT 工程学院的研究团队专注于 3D 打印混凝土,探索通过打印图案设计、材料选择、建模、设计优化和加固选项的不同组合来增强成品的方法。


印刷图案


3D 打印中使用的最传统的图案是单向的,其中各层以平行线相互叠加。


发表在3D 打印和增材制造特刊上的新研究调查了不同打印模式对钢纤维增强混凝土强度的影响。


RMIT 团队之前的研究发现,在混凝土混合物中加入 1-2% 的钢纤维可以减少缺陷和孔隙率,提高强度。纤维还有助于混凝土在不变形的情况下尽早硬化,从而能够建造更高的结构。


该团队测试了以螺旋图案(受龙虾壳的内部结构启发)、交叉层和准各向同性图案(类似于用于层压复合结构和逐层沉积复合材料的图案)打印混凝土的影响,以及标准单向模式。


支持复杂的结构


结果表明,与单向打印相比,每种图案的强度都有所提高,但 Tran 表示,螺旋图案最有希望支撑复杂的 3D 打印混凝土结构。


“由于龙虾壳自然坚固且自然弯曲,我们知道这可以帮助我们提供更坚固的混凝土形状,如拱门和流动或扭曲的结构,”他说。


“这项工作处于早期阶段,因此我们需要进一步研究以测试混凝土在更广泛参数上的表现,但我们的初步实验结果表明我们走在正确的轨道上。”


进一步的研究将通过 RMIT 最近收购的新型大型移动混凝土 3D 打印机提供支持——使其成为南半球第一个委托此类机器的研究机构。


该团队将使用 5×5m 机器人打印机研究房屋、建筑物和大型结构部件的 3D 打印。


该团队还将使用该机器探索用回收废料(如软塑料骨料)制成的混凝土进行 3D 打印的潜力。


这项工作与行业合作伙伴 Replas 和 SR Engineering 的一个新项目有关,重点是由消费后回收的软塑料和混凝土制成的隔音墙,该项目最近得到了澳大利亚政府创新连接赠款的支持。


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