瓦倫西亞理工大學（UPV）的一組研究人員開發(fā)了3D打印替代品，以替代由再生塑料制成的鋼筋混凝土梁。盡管非常堅固，但鋼筋混凝土梁也很重，因為它們包含很多金屬。但是，移動鋼筋混凝土梁通常是非常困難的，并且需要大量的人力。為了解決這些問題，研究人員設計并獲得了專利的3D打印塑料梁，可以像樂高積木一樣組裝并在現(xiàn)場澆筑混凝土，其重量比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土或金屬梁輕80％。

UPV的高級建筑工程技術學院（ETSIE）教授JoséRamónAlbiol說：“我們的目標是提出一種替代當前鋼筋混凝土結構的方案。這些零件是在房屋整個長度上構建的，傳統(tǒng)混凝土梁需要昂貴的安裝機械，并且很難運輸?！?/span>

3D打印的塑料梁可以替代鋼筋混凝土。通過UPV拍攝的照片。

受人體骨骼啟發(fā)的3D打印塑料塊

UPV團隊著手進行3D打印塑料塊，這些塑料塊可以縫在一起形成梁，以替代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土或金屬梁。為了與此類橫梁相比顯著減輕重量，研究人員在人體骨骼的內(nèi)部聚合物輪廓結構上對3D打印塊進行了建模。

牙槽骨結構是骨骼的骨和端部常見的典型牙槽結構，由具有海綿狀小梁框架的部分海綿狀層和厚而致密的外層組成。研究人員在其3D打印塊中復制了這種幾何結構，以使其具有強度和剛度，同時使零件盡可能輕便。砌塊還使用再生塑料作為原材料進行印刷，以提高施工過程的可持續(xù)性?！斑@是一種蜂窩狀結構，可以減少所用塑料的材料，從而減少其重量，從而保持結構的剛性，” Albiol說。 “這就是我們已經(jīng)轉(zhuǎn)移到這些革命性光束，特別是輪廓上的東西。這是一個非常智能的自然系統(tǒng)，它在這些梁中的復制使它們具有較低的結構重量和非常高的機械性能。”

3D打印塊受到人體骨骼幾何形狀的啟發(fā)。通過UPV拍攝的照片。

樂高積木方法

UPV團隊在過去三年中一直在開發(fā)其3D打印光束，并于2020年10月對該系統(tǒng)申請了專利。除了在塑料上打印梁部件帶來的減輕重量的好處外，研究人員系統(tǒng)的主要新穎之處還在于其模塊化功能，即可以將3D打印的塊在現(xiàn)場組裝在一起以形成縱向梁，然后進行設置在適當?shù)牡胤郊由弦粚踊炷痢?/span>

結果，不需要大型卡車和起重機來運輸和安裝橫梁，從而節(jié)省了人工和材料的時間和成本。UPV大學混凝土科學與技術學院（ICITECH）的JoséLuis Bonet說：“該系統(tǒng)還消除了昂貴的模板需求，使您無需削減正在使用的基礎設施中的流量即可進行工作。此外，該解決方案減少了所需的人工和輔助資源，從而節(jié)省了大量時間和成本?！倍?，使用3D打印意味著可以在任何位置現(xiàn)場制造和組裝整個橫梁，并且可以在需要時根據(jù)各個項目的需要定制橫梁。

3D打印塊可以像樂高積木一樣安裝在一起并在現(xiàn)場安裝。通過UPV拍攝的照片。

混凝土3D打印的進展

近年來，建筑部門越來越多地利用3D打印的優(yōu)勢，以提供增強的材料功能，縮短制造時間和成本，并減少該部門的碳足跡。去年10月，加州大學伯克利分校的研究人員開發(fā)了一種將3D打印的聚合物八邊形格子并入混凝土結構中作為增強材料的新方法。 他們能夠?qū)⒒旌衔镏械幕炷梁繙p少約33％，使結構的整體重量更輕，同時仍保持其承重能力。

在其他地方，蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員已使用大型FDM 3D打印和鑄造方法的組合來設計“蛋殼”混凝土3D打印過程。 該方法使團隊能夠以更節(jié)省材料的方式生產(chǎn)復雜的混凝土結構。

最近，斯威本科技大學和河北科技大學的科學家著手通過將建筑廢料重新用于3D可打印混凝土中來改善該行業(yè)的可持續(xù)性。

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