德国开发3D打印建筑结构的“选择性结合”方法

2018-11-08 10:34发布

  【中国智能制造网 技术前沿】日前,德国慕尼黑科技大学开发出一种针对3D打印建筑的“选择性结合”方法。研究团队正在开发一种3D打印机,其打印头将配备数千个喷嘴。这将使得制造大约十立方米的部件成为可能。这将是第一次使用这种选择性结合技术制造这种尺寸的部件,测试应该在明年开始。 

德国开发3D打印建筑结构的“选择性结合”方法
 

  随着3D打印技术不断革新世界各地的建筑工程,改变人们对建筑的思考方式,许多公司和研究机构正在为这一领域进行持续研究,希望能够推动技术发展,以在建筑现场实施。最近的发展动态来自慕尼黑科技大学,研究人员一直在尝试大量不同的具体AM过程,其中最有前途的是相对较新的“选择性结合”方法。
 

  这些研究活动是由TUM的木材结构与建筑施工主席和建筑材料中心合作进行的。德国研究基金会(DFG)与德国联邦环境、自然保护、建筑和核安全部(BMUB)一起进行“Zukunft Bau”研究倡议,为这些正在进行的研究项目提供资金支持,其中一些项目最近已经启动。
 

  3D打印为建筑提供的主要优势是提高了设计的自由度,以及原型可以放在一起的方便性和速度。与使用模板和模具相反,3D打印过程可以通过选择性地将材料选择性地沉积到需要去的地方来创建混凝土结构,然后固化到位。这允许制造更复杂的形状,这对于常规技术是不可能的,并且这些更复杂的结构允许改进的性质。例如,由于混凝土管由精心制作的内部支撑结构支撑,所以可制成壁厚更薄的混凝土管,既节省材料又可减轻重量而不牺牲强度。
 

  最常用的混凝土AM技术是标准的挤压方法,从喷嘴中挤出预制混凝土,类似于FDM 3D打印如何从热塑性塑料中形成结构。选择性结合是一种较新的方法,其挤出水和水泥的混合物而不是混凝土。建筑物体为多层沙子,经挤压后逐渐形成混凝土形状。多余的沙子然后被移除。
 

  TUM团队必须建立一个选择性的结合单元,以测试后者的混凝土3D打印工艺,这需要花费大约三年时间才能完善。他们超大尺寸的3D打印机安装在研究场所的地下室。在启动3D打印机之前,沙子首先使用自动散射系统进行分配。三维系统的轨道将打印头移动,使其能够按照项目的要求定位在工作空间的任何特定点。然后,喷嘴可以准确地将流体施加到需要去的地方。
 

  成功的打印依赖于获得合适的层厚度,正确的砂粒大小,适当的打印头移动速度以及正确类型的喷嘴等等。来自TUM建筑材料中心的工程师帮助优化了打印参数。该团队正在开发一种3D打印机,其打印头将配备数千个喷嘴。这将使得制造大约十立方米的部件成为可能,所述部件是建筑物中一层的高度。这将是第一次使用这种选择性结合技术制造这种尺寸的部件,测试应该在明年开始。
 

  从使用的材料和采用的系统来看,该团队还采用了比较常见的挤出3D打印方法,并取得了一些进展。其中一个项目将木屑添加到标准混凝土拌合物中,由于材料中含有多余的空气,可以提供一体化隔热,从而避免建筑物在冬季过冷或夏季过热。这种轻质木质混凝土与传统的气体混凝土一样具有弹性和绝缘性,但其可打印性意味着它可以制成更复杂的结构。新设计的用电脑控制的机器人手臂被用来移动打印头,并更有效地挤出这种新材料,精确地将混凝土彼此叠放,以形成所需的结构。
 

  根据TUM木结构和建筑结构主席Klaudius Henke博士的说法,“增材制造对建筑非常有吸引力:即使在小批量的情况下,它也能以高水平的成本效益实现各种各样的形状...它将改变建筑,这种技术不仅可以实现多样化,而且每个部件都可以单独设计,而不会产生额外的成本。”
 

  (原标题:慕尼黑大学开发出3D打印复杂建筑结构的“选择性结合”方法)

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