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什么是混凝土打印工艺?

发表时间: 2021-07-12 09:04:16

作者: 阳光鲜花产业

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位于比利时的坎普西创新中心(Kamp C)

在近期完成了一座两层样板房的打印工作

该样板房仅约等于90平方米

并使用了欧洲***的固定混凝土3D打印机

在过去几年中,越来越多的设计师

愿意尝试3D打印、混凝土打印

这个独特的概念

尽管建成的建筑多为临时性建筑

但依然成为时下较为热门的建造方式

本期就来说说混凝土印刷工艺



混凝土印刷工艺为我们的设计师

在设计建筑物时提供了高度的自由度



  01. 

什么是混凝土打印



混凝土3D打印是通过利用计算机分层建模并发出程序指令,工业机器人受控逐层重复铺设材料从而构建出自由形式的建筑结构。


工艺原理:将建筑的图形设计模型转化成三维的打印路径,利用打印系统将凝结时间短、强度发展快的混凝土***分层布料,逐层叠加累积成型,实现免模板施工。


 混凝土3D打印特点 


1、智能化:
采用建筑构件及建筑的设计数字化模型技术,实现高精度连续分层布料。

2、免模板:
采用触变性好、凝结时间可控和强度发展快的混凝土,实现无模板布料逐层堆叠成型。


3、施工工期短,施工过程无污染

当前3D打印机可在24小时内完成10栋200平方米的单层建筑。在建筑过程中,低扬尘、低噪声、低污染,并且还减少运输成本,使得建筑能耗大大降低。


4、可打印结构复杂的节点

3D打印能够生产出高度数字化的具有复杂三维内部构造的构件。



5、材料成本低

与传统的建筑相比,3D打印建筑一次成型,避免了返工和因尺寸差别而导致的材料切割所造成的浪费,节约了大量材料成本和人工成本。


 
  02. 

建筑3D打印机与印刷工艺


 混凝土3D打印系统 

混凝土输料系统、混凝土布料系统、打印路径控制系统组成。三个系统在计算机控制下协同工作,实现施工过程的智能化。


 建筑3D打印机结构 


建筑3D打印机:使布料打印头按打印路径3维空间移动的设备及控制系统。该设备的典型形式包括:笛卡尔直角坐标结构形式、极坐标布料机结构形式和关节式机械手臂结构形式。




布料打印头:混凝土3D打印布料头一般采用螺杆挤出的形式,具有挤出均匀,无脉冲的特点,能够实现墙体打印的平整性



打印头形式 | 图源:混凝土杂志周工


控制软件:建筑3D打印控制软件主要实现输料智能控制、布料智能控制和打印路径控制。有别于树脂类小型3D打印机控制软件,其涉及机械设备、自动化控制、软件开发等多个专业技术领域。



  03. 

混凝土打印施工工艺和材料


【混凝土3D打印施工工艺】


主要分为5个步骤:混凝土配合比设计-混凝土制备-混凝土输送-布料打印成型-成品养护。



混凝土3D打印工艺流程图 | 图源:混凝土杂志周工


【混凝土打印的“油墨”】


在3D打印建筑中,干混砂浆将广泛地作为打印机的 “墨水”。3D打印建筑干混砂浆对于材料的要求同打印混凝土的要求相类似,都要求其具有良好的可塑性等性能。其性能要求:

干混砂浆是将水泥、砂、矿物掺合料及功能性添加剂按照一定比例,在专业生产厂于干燥状态下均匀拌制、混合成的一种颗粒或粉状的混合物。


然后以干粉包装或散装的形式运至工地,按规定比例加水拌和后即可直接使用的干粉砂浆材料。干混砂浆由于其使用的方便性、灵活性等而受到工程界的青睐,近年来得到了越来越广泛的应用。


  03. 

混凝土打印的应用


混凝土3D打印目前主要用以三个建筑领域
***个是土木工程和建筑。例如迪拜的一个项目,其中涉及高大的路柱,带有历经精心设计的楼梯以及马德里的人行天桥,是采用3D打印设计的八段式安装,然后将其作为预制件安装起来。
第二个是城市空间,包括人造珊瑚礁,花槽和迪拜抛光表面的长凳,还有一个公交车站,这些都可以依赖3D打印制造出“自由形状”。
第三个是历史和文化遗产保护。比如我国的3D打印石窟。



全球***的3D打印建筑

迪拜政府大楼 / ApisCor 




迪拜市政府用楼将在建成之后

成为世界上***的3D打印建筑
其高达9.5米,项目面积为640平方米
此项目由总部设在美国的ApisCor公司
来主持设计建造
而其结构也是在现场用3D打印技术直接建起的



Apis Cor是建筑工程行业中

***家开发3D打印专用设备的公司
为迪拜市政府用楼建造
完成了一座两层的行政大楼中的3D打印墙体结构
这创新的3D打印机使建筑结构可以直接现场建造
无需任何额外的组装工作
此项目面积延展640多平方米


而这庞大的建筑

占地已经
超过了Apis Cor的3D打印机
静止状态下的***打印面积



可移动的3D打印装置通过

起重机在场地进行移动定位
以此覆盖整个建造区域
事实上,3D打印整个建筑的墙体结构
只需要3个工人和配套的机器装置



此建筑项目的地基是传统的建筑结构

墙壁是3D打印建造的
加固的方法是
用钢筋和普通混凝土
来人工填充由3D打印的柱子模板



在这个项目中

使用的3D打印材料是
由ApisCor开发并在当地生产的
一种基于石膏制成的混合物






▲ 建成照片




PERI建造了德国***座3D打印的居民楼

该房屋由两层独立式房屋组成

每层楼的居住空间约为80平方米并

使用3D建筑打印机进行建造



为了建造它

PERI使用了BOD2 3D打印机
该打印机可以沿着其框架
从建筑物内的任何位置移动
并且只需要校准一次


建筑物由三层皮肤的空腔墙组成

里面填充了绝缘化合物
在打印过程中,打印机会考虑到
以后要铺设的水、电等管道和连接



BOD2已通过认证

可以在进行打印的同时在打印区域内进行工作
这意味着可以轻松地将
手动工作(例如安装空管道和连接)
集成到打印过程中



在迪拜,用3D打印技术
建造办公室


Killa Design 事务所
日前在迪拜构思开发了
世界上***个功能齐全、可***使用的
3D打印办公室
“未来办公室”



建筑物的整个结构

使用添加剂混凝土“打印”技术
使用20英尺高、120英尺长
和40英尺宽的3D打印机制造
该打印机通过一条全自动机械臂
来实现整个打印过程



全套制造流程总共持续了17天

另有2天用于构件的现场安装
后勤设施安装、室内装修、景观规划的
后续工作大约花费了3个月的时间


从这项创新式建造技术的成果能够看出

建造相同大小的房子
3D打印技术不但比传统建造方式
削减了一半以上的人力成本
同时还能将施工现场
工业垃圾的产生量降至***
有助于减少项目的对环境的影响




 ***的混凝土3D打印步行桥 

上海-清华大学建筑学院
中南置地数字建筑研究中心

我国3D混凝土打印建造技术
进入世界先进水平
世界上***的混凝土3D打印的人行天桥
由清华大学建筑学院- Zoina土地联合研究中心建成
中国的3D打印混凝土及施工技术
已达到世界先进水平



3D打印混凝土技术

实现了混凝土的充分利用

降低了水泥用量,降低了建筑垃圾的产生

符合当今绿色发展的主题;

但仍需要不断地对材料的选择、配制、外加剂的使用

等方面进行深入的研究,以此完善其性能的要求

更需要不断地对轮廓工艺进行完善

以实现精细施工和表面细致化的要求

使打印向精细化产品发展



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