3D打印技术应用于大尺度建筑的研究进展

来源期刊：材料导报2018年第23期

论文作者：朱彬荣 潘金龙 周震鑫 张洋

文章页码：4150 - 4159

关键词：建筑业;3D打印;纤维增强水泥基材料;材料特性;增强措施;

摘    要：基于3D打印技术的自动化和智能化优势,将其应用于建筑业,成为当前工程领域研究的热点之一。但是,这种技术在设计方法、打印材料、打印设备以及施工工艺等方面还存在诸多问题,这在一定程度上限制了其大规模的推广应用。与其他应用领域相比,3D打印技术在建筑行业中的应用目前还处于初级阶段。相较于传统的建筑施工,3D打印技术具有如下潜在优势:(1)机械化程度高,施工快,成本低;(2)无模板施工,资源消耗少;(3)劳动强度低,节省人力;(4)施工过程安全、清洁、精确;(5)设计自由,实现轻质高强及多功能;(6)高度定制化,实现标准化与个性化的统一。然而,由于3D打印技术与传统施工技术的不同,导致传统的普通混凝土无法直接应用于3D打印。而以层层堆叠方式打印的材料则普遍存在结构强度较低、层间形成施工冷缝等问题。因此,近年来研究者们在材料配合比、结构优化设计、评价标准以及施工工艺等方面不断探索,并取得了丰硕的成果。最近,已有不少3D打印技术成功应用于个性化住宅、桥梁建造等的案例报道。在建筑业大尺度3D打印技术中已取得成功应用的包括轮廓成型工艺、混凝土打印工艺、D型打印工艺和数字建造工艺,其中轮廓成型工艺现已成为主流的建筑3D打印技术。建筑业3D打印建造技术的主要特征可概括为:基于挤出工艺分层打印混凝土、粉末台面配合使用粘结技术以及增强网格。为了满足3D打印的要求,在打印过程中,打印材料需要保持一定的可挤出性、可建造性、粘结性、可工作时间以及高强度。同时,混凝土结构需要一定的增强措施以确保结构的安全可靠性。此外,随着不同技术之间的相互融合,涉及到具体的项目应用时,可以采用某几个技术的联合。本文系统总结了大尺度3D打印建造技术的发展过程和研究进展。以纤维增强水泥基材料为打印材料,综述了3D打印技术中原材料选择、材料特性、结构增强措施等关键问题。最后,对建筑3D打印技术的发展方向做了展望,以期为3D打印技术在建筑业中的应用推广提供借鉴。