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龙虾如何帮助制作更坚固的3D打印混凝土

  受龙虾壳启发的图案可以支持更复杂和更具创意的建筑结构。最新研究表明,受龙虾壳启发的图案可以使3D打印混凝土更坚固,从而支持更复杂和更具创意的建筑结构。
 
龙虾如何帮助制作更坚固的3D打印混凝土
 
  3D混凝土印刷(3DCP)等数字制造技术具有巨大的潜力,可以节省时间,精力和建筑材料。他们还承诺将突破建筑创新的界限,但是在使3D打印混凝土足够坚固以用于更自由形式的结构中时,仍然存在技术挑战。
 
  在一项新的实验研究中,RMIT大学的研究人员着眼于龙虾壳的自然强度来设计特殊的3D打印图案。它们的仿生螺旋图案提高了3D打印混凝土的整体耐用性,并能够在需要时将强度精确地指向结构支撑。当团队将扭曲图案与钢纤维增强的特殊混凝土混合在一起时,所得到的材料比传统的混凝土更坚固。首席研究员Jonathan Tran博士说 3D打印和增材制造 为提高效率和创造力开辟了建筑业的机会。
 
龙虾如何帮助制作更坚固的3D打印混凝土
 
  RMIT结构材料和设计高级讲师Tran说:“ 3D混凝土打印技术具有彻底改变建筑业的真正潜力,我们的目标是使这种转变更加紧密。我们的研究探讨了不同的印刷方式如何影响3D打印混凝土的结构完整性,并首次揭示了3DCP中采用生物启发方法的好处。我们知道,像龙虾外骨骼这样的天然材料已经在数百万年的时间内演变成高性能的结构,因此,通过模仿它们的关键优势,我们可以在自然界已经创新的地方效仿。”
 
  建筑3D打印
 
  混凝土建筑的自动化将改变我们的建筑方式,在自动化和数据驱动的革命中,建筑将成为工业4.0的下一个前沿领域。3D混凝土打印机通过逐层沉积材料来建造房屋或制造结构部件,这与在模具中浇筑混凝土的传统方法不同。
 
  借助最新技术,可以在短短24小时内对房屋进行3D打印,而成本仅约为成本的一半,而全球首个3D打印社区的建设始于2019年在墨西哥开始。新兴行业已经在支持建筑和工程创新,例如迪拜的3D打印办公楼,马德里的仿自然混凝土桥以及荷兰的帆状“欧洲建筑”。RMIT工程学院的研究团队专注于3D打印混凝土,探索通过印刷图案设计,材料选择,建模,设计优化和加固选项的不同组合来增强成品的方法。
 
  印刷图案
 
  3D打印中使用的最常规图案是单向的,其中各层以平行线相互叠放。在3D打印和增材制造专刊上 发表的这项新研究 调查了不同印刷图案对钢纤维增强混凝土强度的影响。
 
  RMIT团队先前的研究发现,在混凝土混合物中加入1-2%的钢纤维可以减少缺陷和孔隙率,提高强度。纤维还帮助混凝土尽早硬化而不会变形,从而可以建造更高的结构。
 
  该团队测试了以螺旋形图案(受龙虾壳的内部结构启发),交叉层和准各向同性图案(类似于用于层压复合结构和逐层沉积复合材料的模式)印刷混凝土的影响,以及标准的单向模式。
 
  支持复杂的结构
 
  结果显示,与单向打印相比,每种模式的强度都有所提高,但是Tran说,螺旋模式最有可能支持复杂的3D打印混凝土结构。
 
  他说:“由于龙虾壳自然结实且自然弯曲,我们知道这可以帮助我们提供更坚固的混凝土形状,例如拱形,流动或扭曲的结构。”
 
  “这项工作尚处于初期阶段,因此我们需要进一步的研究,以测试混凝土如何在更广泛的参数范围内发挥作用,但我们的初步实验结果表明我们走在正确的轨道上。”
 
  最近,RMIT收购了新型大型移动混凝土3D打印机,以支持进一步的研究-这使它成为南半球首家调试此类机器的研究机构。该团队将使用5×5m机器人打印机研究房屋,建筑物和大型结构部件的3D打印。该团队还将使用该机器探索用回收的废料(例如软塑料骨料)制成的混凝土进行3D打印的潜力。
 
  这项工作与行业合作伙伴Replas和SR Engineering的一个新项目有关,该项目专注于用消费后回收的软塑料和混凝土制成的隔音墙,最近获得了澳大利亚政府创新连接资助。
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点击次数:  更新时间:2021-01-22 17:25:52  【打印此页】  【关闭