2.3D打印混凝土的施工

隨著3D打印混凝土出現(xiàn)在研究者的視野中，3D打印建筑也隨之產(chǎn)生。意大利研究者EnricoDini發(fā)明了世界首臺(tái)大型建筑3D打印機(jī)，這臺(tái)打印機(jī)的底部有數(shù)百個(gè)噴嘴，可噴射出鎂質(zhì)黏合物，在黏合物上噴撒砂子可逐漸鑄成石質(zhì)固體，通過(guò)一層層地黏合物和砂子結(jié)合，最終形成石質(zhì)建筑物，并成功使用建筑材料打印出高4米的建筑物。在此基礎(chǔ)上，他與荷蘭建筑師JanjaapRuijssenaars一同合作，欲用此3D建筑打印機(jī)打印建設(shè)一座“莫比烏斯環(huán)”狀的建筑物，用以參加歐洲的3D打印比賽，這是3D打印混凝土技術(shù)在建筑行業(yè)的大膽實(shí)踐。近日，上海青浦出現(xiàn)一批3D打印房屋，其研發(fā)者馬義和使用回收的建筑垃圾與玻璃纖維作為打印原料，采用自行設(shè)計(jì)的組裝打印機(jī)械在24小時(shí)內(nèi)完成了10幢200平方米建筑的“打印”，但其使用的材料與結(jié)構(gòu)的承載力、耐久性仍值得考慮。

之前荷蘭的一家建筑企業(yè)也已著手進(jìn)行一棟大樓的打印，其施工主要是通過(guò)將3D打印機(jī)打印出來(lái)的預(yù)制件像積木一樣壘起來(lái)，以此來(lái)完成打印。在3D打印混凝土的打印過(guò)程中，是混凝土條層層堆積的過(guò)程，不可避免地會(huì)在打印構(gòu)件的表面上出現(xiàn)臺(tái)階效應(yīng)，其表面粗糙不平，不僅影響美觀，還可能導(dǎo)致精度的誤差，從圖6中可以明顯看出，打印的構(gòu)件表面存在橫向的條紋，層次較為明顯，表面平整度有待美化。而為了處理這類(lèi)問(wèn)題，通常使用兩種方法：一是縮小打印噴嘴的口徑，降低臺(tái)階的高度，這種方法會(huì)降低打印的速度，影響施工效率，同時(shí)并不能保證表面達(dá)到理想的平整度;二是在成型后進(jìn)行后續(xù)抹平處理，此方法需進(jìn)行重復(fù)工作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為解決3D打印建筑施工過(guò)程中的這些問(wèn)題，美國(guó)南加州大學(xué)的BehrokhKhoshnevis教授提出輪廓建筑工藝(ContourCrafting)。輪廓建筑工藝是使用3D打印技術(shù)進(jìn)行建筑建造的一種工藝，包括輪廓打印系統(tǒng)(Extrusionsystem)和內(nèi)部填充系統(tǒng)(Fillingsystem)兩部分，其原理是先進(jìn)行外部輪廓的打印，之后向內(nèi)部填充材料，形成混凝土構(gòu)件。

輪廓建筑工藝最大的特點(diǎn)是：在噴嘴上加入泥刀，泥刀保證在打印建筑的同時(shí)可以進(jìn)行表面的平整，很好地解決3D打印表面不平整的問(wèn)題。此外，輪廓建筑工藝可以在3D打印建筑的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)混凝土構(gòu)件中配筋，還可以進(jìn)一步嘗試高層建筑的打印建設(shè)。以3D打印技術(shù)為基礎(chǔ)，加入泥刀的輪廓建筑工藝具有較多的優(yōu)點(diǎn)，一方面在打印的同時(shí)進(jìn)行建筑物表面的平整，提高了打印建筑表面的光滑度與精確度，避免重復(fù)施工;同時(shí)，還可以加大每層打印的厚度，提高建筑物的建造效率，可在24小時(shí)內(nèi)打印完成一棟2500平方英尺的房子。此外，打印設(shè)計(jì)中填充系統(tǒng)的存在，可以根據(jù)需要進(jìn)行內(nèi)部材料的填充，在很大程度上提高打印建筑的結(jié)構(gòu)性能。

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