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嵘曜智能3D打印建筑应用解析

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行业新闻
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发布时间:
2019/05/05 10:17
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【摘要】:
3D打印建筑技术将促进工程建设行业与制造行业相融合。只要有计算机和3D打印机,即便是在没有建造团队的地方都能大批量生产房子。这种新型的生产方式是“社会化制造”,如得到广泛的运用,那么人人都可能成为“建造者”。与传统建筑建造方式相比,3D打印技术具有如下优势:(1)结构整体成形,建筑整体性、安全性和耐久性大幅增强。(2)根据使用者的实际需求量身定制。(3)高精度且适用于复杂形体的建造。(4)不需要模

3D打印建筑技术将促进工程建设行业与制造行业相融合。只要有计算机和3D打印机,即便是在没有建造团队的地方都能大批量生产房子。这种新型的生产方式是“社会化制造”,如得到广泛的运用,那么人人都可能成为“建造者”。

与传统建筑建造方式相比, 3D打印技术具有如下优势:

1) 结构整体成形,建筑整体性、安全性和耐久性大幅增强。

2) 根据使用者的实际需求量身定制。

3) 高精度且适用于复杂形体的建造。

4) 不需要模板,大量节省现场人员。

5) 适应恶劣环境的无人、少人建造。

6) 建造速度快。

7) 局部增材处理。

3D打印建筑的两种可能的解决方案:

建筑工程模块新材料的打印。即3D打印用于建造复杂结构,即建筑模块(Buildingblocks)而非整座建筑。对于模块建筑体系而言,3D 打印技术可以应用于独立单元的生产,并可在工厂内对模块内部进行装修布置,随后运输到现场通过吊装将模块连接为可靠的建筑整体。

2)直接用3D打印机进行施工(AEC)模拟打印出整栋建筑.具体打印过程如下:

先在待建房屋的空地上安装大型“打印”设备,该过程大概仅需要两三名工人几个小时时间。该设备外观类似两边有滑轨的巨大行车,根据房屋三维设计图纸,稳定、均匀挤压混凝土,一层一层叠加“打印”与此同时机械手还能进行其他建筑材料的安装,甚至可以做像铺设瓷砖这样的精细活。

目前,3D打印房屋已遍地开花。欧洲建造了多个3D打印建筑物,美国出现了3D打印的小房子。我国北京、杭州、东莞、青海等地也相继加入了建造3D打印房屋的行列。举个例子:

世界最大规模3D打印混凝土桥,于2019年1月12日在蕰川路智慧湾科创园落成。该桥外形参仿赵州桥,全长26.3米,拱长14.4米,宽3.6米,横跨园区景观鱼池。采用桥梁部件3D打印混凝土技术打印+装配式技术拼装的方式实现。

创业公司ICON研制3D打印机器,可以在48小时内打印出32平米的住宅,打印部分重量约为900kg,打印价格约为1万美元,符合美国德克萨斯州的住房标准。打印材料为小骨料混凝土,通过逐层打印(浇筑)方式实现。

苏州盈创公司的打印建筑,在苏州工业园区使用3D打印构件+装配式组装的方式建造一栋面积1100平方米的别墅和一栋6层居民楼。以盈创建筑3D打印为例,咱们看下3D打印建筑的整个生产流程,盈创公司针对3D打印建筑物存在的技术难题采用了相应的解决方案:

1) 打印构件以水泥与玻璃纤维作为原材料、打印类似GRC的构件,较好解决了别墅和多层的表层结构材料问题。与传统钢筋混凝土结构相比,采用水泥替代混凝土、玻璃纤维替代钢筋。后续尚需进一步解决水泥玻璃纤维构件的受力试验及承载能力极限状态计算公式推演,玻璃纤维在水泥中的锚固搭接构造,构件的质量验收标准等问题。

2) 3D打印机采用龙门架结构形式,把传统混凝土浇筑方式简易转换为3D打印方式;通过自动定位系统,准确定位钢筋网片和其他装饰构件的摆放位置,减少人工干预、降低误差。

3) 通过装配式技术解决打印构件尺寸有限的问题,其中一项关键技术就是利用“双皮墙”原理整体解决外饰面、埋设管线和结构连接受力的问题。

不过目前3D打印建筑还面临许多难题,比如:

1)研发具有较高抗拉强度、较强抗裂能力和塑性的复合材料,可以通过在混凝土基材中加入纤维材料和细骨料的方法来提高其抗拉强度和各项性能指标。

2)采用两种打印材料,一种为受压材料,一种为受拉材料,打印时设置双打印头,在构件的受拉部位打印受拉材料,受压部位打印受压材料。两种打印材料之间必须具有良好的黏结性能,才能有效形成一个整体工作。

3)采用受拉性能良好的模板,将受压材料打印在模板中。模板可以起到3个作用:一是支撑作用;二是作为受拉材料,起到类似于钢筋的作用;三是可以解决打印材料表面粗糙的问题。模板材料可以采用钢板或者受拉性能良好且有一定刚度的纤维材料。

4)打印机械的研制,打印机械是实现3D打印建造技术的重要工具。打印机械的移动范围直接影响到可打印建筑的尺寸,打印喷头的性能直接影响到打印精度和打印效果。

综上所述,目前民用建筑建造全部采用3D打印技术极其不现实,只能尝试在发挥3D打印优势的局部部位应用。采用3D打印建筑物的探索之路仍然漫长,需要直面并克服在材料发展、技术标准、质监管控、打印质量和综合价格等多方面存在的困难和问题。

新技术的发展总是令人振奋,而短暂热潮之后,我们终须理性看待这项技术为建筑业带来的实际影响