瓦倫西亞理工大學(xué)（UPV）的一組研究人員開發(fā)了3D打印替代品，以替代由再生塑料制成的鋼筋混凝土梁。盡管非常堅(jiān)固，但鋼筋混凝土梁也很重，因?yàn)樗鼈儼芏嘟饘?。但是，移?dòng)鋼筋混凝土梁通常是非常困難的，并且需要大量的人力。為了解決這些問(wèn)題，研究人員設(shè)計(jì)并獲得了專利的3D打印塑料梁，可以像樂(lè)高積木一樣組裝并在現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土，其重量比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土或金屬梁輕80％。

UPV的高級(jí)建筑工程技術(shù)學(xué)院（ETSIE）教授JoséRamónAlbiol說(shuō)：“我們的目標(biāo)是提出一種替代當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的方案。這些零件是在房屋整個(gè)長(zhǎng)度上構(gòu)建的，傳統(tǒng)混凝土梁需要昂貴的安裝機(jī)械，并且很難運(yùn)輸?！?/span>

3D打印的塑料梁可以替代鋼筋混凝土。通過(guò)UPV拍攝的照片。

受人體骨骼啟發(fā)的3D打印塑料塊

UPV團(tuán)隊(duì)著手進(jìn)行3D打印塑料塊，這些塑料塊可以縫在一起形成梁，以替代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土或金屬梁。為了與此類橫梁相比顯著減輕重量，研究人員在人體骨骼的內(nèi)部聚合物輪廓結(jié)構(gòu)上對(duì)3D打印塊進(jìn)行了建模。

牙槽骨結(jié)構(gòu)是骨骼的骨和端部常見(jiàn)的典型牙槽結(jié)構(gòu)，由具有海綿狀小梁框架的部分海綿狀層和厚而致密的外層組成。研究人員在其3D打印塊中復(fù)制了這種幾何結(jié)構(gòu)，以使其具有強(qiáng)度和剛度，同時(shí)使零件盡可能輕便。砌塊還使用再生塑料作為原材料進(jìn)行印刷，以提高施工過(guò)程的可持續(xù)性。“這是一種蜂窩狀結(jié)構(gòu)，可以減少所用塑料的材料，從而減少其重量，從而保持結(jié)構(gòu)的剛性，” Albiol說(shuō)。 “這就是我們已經(jīng)轉(zhuǎn)移到這些革命性光束，特別是輪廓上的東西。這是一個(gè)非常智能的自然系統(tǒng)，它在這些梁中的復(fù)制使它們具有較低的結(jié)構(gòu)重量和非常高的機(jī)械性能?！?/span>

3D打印塊受到人體骨骼幾何形狀的啟發(fā)。通過(guò)UPV拍攝的照片。

樂(lè)高積木方法

UPV團(tuán)隊(duì)在過(guò)去三年中一直在開發(fā)其3D打印光束，并于2020年10月對(duì)該系統(tǒng)申請(qǐng)了專利。除了在塑料上打印梁部件帶來(lái)的減輕重量的好處外，研究人員系統(tǒng)的主要新穎之處還在于其模塊化功能，即可以將3D打印的塊在現(xiàn)場(chǎng)組裝在一起以形成縱向梁，然后進(jìn)行設(shè)置在適當(dāng)?shù)牡胤郊由弦粚踊炷痢?/span>

結(jié)果，不需要大型卡車和起重機(jī)來(lái)運(yùn)輸和安裝橫梁，從而節(jié)省了人工和材料的時(shí)間和成本。UPV大學(xué)混凝土科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（ICITECH）的JoséLuis Bonet說(shuō)：“該系統(tǒng)還消除了昂貴的模板需求，使您無(wú)需削減正在使用的基礎(chǔ)設(shè)施中的流量即可進(jìn)行工作。此外，該解決方案減少了所需的人工和輔助資源，從而節(jié)省了大量時(shí)間和成本?！倍?，使用3D打印意味著可以在任何位置現(xiàn)場(chǎng)制造和組裝整個(gè)橫梁，并且可以在需要時(shí)根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目的需要定制橫梁。

3D打印塊可以像樂(lè)高積木一樣安裝在一起并在現(xiàn)場(chǎng)安裝。通過(guò)UPV拍攝的照片。

混凝土3D打印的進(jìn)展

近年來(lái)，建筑部門越來(lái)越多地利用3D打印的優(yōu)勢(shì)，以提供增強(qiáng)的材料功能，縮短制造時(shí)間和成本，并減少該部門的碳足跡。去年10月，加州大學(xué)伯克利分校的研究人員開發(fā)了一種將3D打印的聚合物八邊形格子并入混凝土結(jié)構(gòu)中作為增強(qiáng)材料的新方法。 他們能夠?qū)⒒旌衔镏械幕炷梁繙p少約33％，使結(jié)構(gòu)的整體重量更輕，同時(shí)仍保持其承重能力。

在其他地方，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員已使用大型FDM 3D打印和鑄造方法的組合來(lái)設(shè)計(jì)“蛋殼”混凝土3D打印過(guò)程。 該方法使團(tuán)隊(duì)能夠以更節(jié)省材料的方式生產(chǎn)復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)。

最近，斯威本科技大學(xué)和河北科技大學(xué)的科學(xué)家著手通過(guò)將建筑廢料重新用于3D可打印混凝土中來(lái)改善該行業(yè)的可持續(xù)性。

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