新研究表明，受龍蝦殼啟發的圖案可以使 3D 打印的混凝土更堅固，以支持更復雜和更具創意的建筑結構。

3D 混凝土打印 (3DCP) 等數字制造技術在節省施工時間、精力和材料方面具有巨大潛力。

他們還承諾突破建筑創新的界限，但在使 3D 打印混凝土足夠堅固以用于更多自由形式的結構方面仍然存在技術挑戰中國建材網cnprofit.com。

在一項新的實驗研究中，RMIT 大學的研究人員著眼于龍蝦殼的天然強度來設計特殊的 3D 打印圖案。

他們的仿生螺旋圖案提高了 3D 打印混凝土的整體耐用性，并使強度能夠在需要的地方精確地用于結構支撐。

當團隊將扭曲模式與用鋼纖維增強的特殊混凝土混合物相結合時，所得材料比傳統制造的混凝土更堅固。

首席研究員 Jonathan Tran 博士表示，3D 打印和增材制造為建筑業提供了提高效率和創造力的機會。

RMIT 結構材料和設計高級講師 Tran 說：“3D 混凝土打印技術具有徹底改變建筑行業的真正潛力，我們的目標是使這種轉變更加緊密?！?/p>

“我們的研究探索了不同的打印模式如何影響 3D 打印混凝土的結構完整性，并首次揭示了 3DCP 中仿生方法的好處。

“我們知道像龍蝦外骨骼這樣的天然材料已經在數百萬年中演變成高性能結構，因此通過模仿它們的主要優勢，我們可以追隨大自然已經創新的地方?！?/p>

建筑用3D打印

混凝土施工的自動化將改變我們的建造方式，而施工將成為被稱為工業 4.0 的自動化和數據驅動革命的下一個前沿。

與在模具中澆注混凝土的傳統方法不同，3D 混凝土打印機通過逐層沉積材料來建造房屋或制造結構部件。

借助最新技術，房屋可以在短短 24 小時內以大約一半的成本進行 3D 打印，而世界上第一個 3D 打印社區的建設于 2019 年在墨西哥開始。

新興產業已經在支持建筑和工程創新，例如迪拜的 3D 打印辦公樓、馬德里的模仿自然的混凝土橋梁和荷蘭的帆形“歐洲建筑”。

RMIT 工程學院的研究團隊專注于 3D 打印混凝土，探索通過打印圖案設計、材料選擇、建模、設計優化和加固選項的不同組合來增強成品的方法。

印刷圖案

3D 打印中使用的最傳統的圖案是單向的，其中各層以平行線相互疊加。

發表在3D 打印和增材制造特刊上的新研究調查了不同打印模式對鋼纖維增強混凝土強度的影響。

RMIT 團隊之前的研究發現，在混凝土混合物中加入 1-2% 的鋼纖維可以減少缺陷和孔隙率，提高強度。纖維還有助于混凝土在不變形的情況下盡早硬化，從而能夠建造更高的結構。

該團隊測試了以螺旋圖案（受龍蝦殼的內部結構啟發）、交叉層和準各向同性圖案（類似于用于層壓復合結構和逐層沉積復合材料的圖案）打印混凝土的影響，以及標準單向模式。

支持復雜的結構

結果表明，與單向打印相比，每種圖案的強度都有所提高，但 Tran 表示，螺旋圖案最有希望支撐復雜的 3D 打印混凝土結構。

“由于龍蝦殼自然堅固且自然彎曲，我們知道這可以幫助我們提供更堅固的混凝土形狀，如拱門和流動或扭曲的結構，”他說。

“這項工作處于早期階段，因此我們需要進一步研究以測試混凝土在更廣泛參數上的表現，但我們的初步實驗結果表明我們走在正確的軌道上?！?/p>

進一步的研究將通過 RMIT 最近收購的新型大型移動混凝土 3D 打印機提供支持——使其成為南半球第一個委托此類機器的研究機構。

該團隊將使用 5×5m 機器人打印機研究房屋、建筑物和大型結構部件的 3D 打印。

該團隊還將使用該機器探索用回收廢料（如軟塑料骨料）制成的混凝土進行 3D 打印的潛力。

這項工作與行業合作伙伴 Replas 和 SR Engineering 的一個新項目有關，重點是由消費后回收的軟塑料和混凝土制成的隔音墻，該項目最近得到了澳大利亞政府創新連接贈款的支持。