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3D打印建筑材料相关概念辨析

作者:原创论文网 时间:2017-12-14 10:52 加入收藏

  3D打印技术是第三次工业革命的重要标志,该种技术也被称为是一种快速成型技术,在医疗、模具、航空航天、汽车等领域中应用广泛。近年来,3D打印技术在建筑领域中的应用取得了较好的成绩,如3D混凝土技术的应用,带动了建筑行业的发展。在未来,3D打印建筑材料的应用将会更加的广泛,因此,对于该种技术的相关研究,对于建筑领域的发展具有较为积极的意义。
  
  1 基本概念
  
  1.1 3D快速成型
  
  3D打印快速成型技术的应用,有效的提升工业生产的效率。小到日用的杯具,大到汽车发动机等复杂模型的生产,都可以在3D打印成型技术支持下来实现。在CAD设计基础上,能够直接打印出模具产品,将产品从图纸设计中直接打印为实物,在该种3D打印技术的支持下,工业生产实现了一体化[1].
  
  1.2 3D打印建筑
  
  美国加州大学工业与系统工程教授洛克将3D打印建筑称为“轮廓工艺”.
  
  3D打印建筑的产生是在龙门架支持下,借助空间X轴、Y轴、Z轴三个方面的结构变化,来产生建筑模型。龙门架实现在Y轴方向上的运动,打印头实现X轴方向上的运动,悬挂杆实现Z轴方向的运动。以此,在空间坐标系的变换下,产生平面层的堆积,最终产生不同类型的建筑结构。
  
  1.3 3D打印材料
  
  当前,3D打印建筑施工中所应用的材料研发还不成熟。在我国上海的3D打印建筑施工中,所应用的打印材料为废弃材料,将废弃物研磨粉碎,搅拌水泥、纤维、以及有机粘合物,制成膏状“油墨”,进行建筑3D打印。美国则采用树脂砂浆类、粘土类的材料进行打印。
  
  2 3D打印建筑材料的性能分析
  
  3D打印建筑材料的性能优越,与传统的建筑材料相比,其强度有了一定的提升,同时具备保温节能的特点。从建筑材料的整体应用上分析,3D打印建筑材料经济性能凸显。
  
  2.1 强度
  
  3D打印建筑材料的强度高低决定了其在建筑中应用形式,当前,我国的3D打印建筑材料可以应用在12层建筑施工中,该种建筑材料的应用抗压强度为1.5MPa3.5MPa,该种建筑强度的建筑能够满足临时应用和展览应用目的。由于我国的建筑类型与国外建筑类型不同,在美国12层建筑能够满足居民生活需求。而在小高层、超高层建筑需求较大的情况下,应用3D打印建筑材料的抗压强度需要达到20MPa以上[2].
  
  2.2 保温节能
  
  建筑节能是建设可持续发展社会的重点内容,3D打印建筑材料的应用,其分为两种类型,一种是保温节能建筑材料,另一种是非保温节能建筑材料。前者在材料研发中所采用的是树脂型材料打印墙体蜂窝结构,该种结构能够起到较好的节能目的。而非保温节能建筑材料的应用是制造出空腔墙体,该种墙体的灵活性比较高,如果想要提升其保温性能,也可以向其中填充泡沫材料或者是再次浇注发泡材料。从3D打印建筑材料的发展方向上分析,一次打印成型的3D打印建筑材料有可能是多种材料也可能是多种功能的复合材料。基于3D打印建筑材料的多元化,能有效的满足建筑施工需求,还能够从结构、保温、装饰等方面实现功能性打印。
  
  2.3 抗震性
  
  对于建筑领域而言,抗震性能的提升一直是建筑行业的研发重点,那么如何将3D打印建筑材料从油墨状态转换为钢筋混凝土结构、或者玻璃钢结构,是3D打印建筑材料研发的关键。从钢筋混凝土研发的思路出发,预制钢筋混凝土构件、轻钢筋结构、木结构等都需要与3D打印建筑材料相互结合,以提升建筑框架结构、剪力墙结构的稳定性。
  
  3 3D打印建筑材料的性能优化
  
  3D打印建筑材料的性能决定着建筑施工质量,那么为了提升3D打印建筑材料的性能,需要从3D打印材料的固化等方面进行优化。3D打印建筑材料的固化会受到温度、养护等条件的影响,因此,在进行材料的固化环节中需要严格的控制好3D打印建筑材料的参数。当环境温度为2838℃时,配比类型为缓凝,打印速度需要控制在100150mm/s,打印的厚度为80150mm;当环境温度为1428℃时,配比类型为正常,打印速度需要控制在150250mm/s,打印的厚度为5080mm;当环境温度为514℃时,配比类型为加速,打印速度需要控制在50100mm/s,打印的厚度为20mm.
  
  在打印材料养护环节中,需要保障两个问题,第一为强度的增强,第二为避免材料的开裂。通过水泥类无机凝胶材料拌合打印材料,保证环境的温度和湿度,避免建筑材料出现水化和凝结[3].
  
  4 结论
  
  3D打印技术作为新兴产业已经在建筑行业小有应用。这种新兴科技可以极大地提高工业生产效率,发展潜力巨大。3D打印建筑材料的性能优越,与传统的建筑材料相比,其强度有了一定的提升,同时具备保温节能的特点。尽管3D打印有些许缺陷,但对于有限大小和部分材料的生产是可以胜任的。因此,从建筑材料的整体应用上分析,3D打印建筑材料经济性能凸显。

  参考文献:

  [1]丁烈云,徐捷,覃亞伟.建筑3D打印数字建造技术研究应用综述[J/OL].土木工程与管理学报,2015,32(3):110.
  [2]肖绪文,田伟,苗冬梅.3D打印技术在建筑领域的应用[J].施工计术,2015,44(10):7983.
  [3]武威,王正君,赵春梅.3D混凝土打印技术现状及发展前景[J].黑龙江水利,2015,1(12):1720.

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