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【中國智能制造網 技術前沿】日前，德國慕尼黑科技大學開發(fā)出一種針對3D打印建筑的“選擇性結合”方法。研究團隊正在開發(fā)一種3D打印機，其打印頭將配備數千個噴嘴。這將使得制造大約十立方米的部件成為可能。這將是次使用這種選擇性結合技術制造這種尺寸的部件，測試應該在明年開始。
德國開發(fā)3D打印建筑結構的“選擇性結合”方法
隨著3D打印技術不斷革新世界各地的建筑工程，改變人們對建筑的思考方式，許多公司和研究機構正在為這一領域進行持續(xù)研究，希望能夠推動技術發(fā)展，以在建筑現場實施。近的發(fā)展動態(tài)來自慕尼黑科技大學，研究人員一直在嘗試大量不同的具體AM過程，其中有前途的是相對較新的“選擇性結合”方法。
這些研究活動是由TUM的木材結構與建筑施工主席和建筑材料中心合作進行的。德國研究基金會(DFG)與德國聯邦環(huán)境、自然保護、建筑和核安全部(BMUB)一起進行“Zukunft Bau”研究倡議，為這些正在進行的研究項目提供資金支持，其中一些項目近已經啟動。
3D打印為建筑提供的主要優(yōu)勢是提高了設計的自由度，以及原型可以放在一起的方便性和速度。與使用模板和模具相反，3D打印過程可以通過選擇性地將材料選擇性地沉積到需要去的地方來創(chuàng)建混凝土結構，然后固化到位。這允許制造更復雜的形狀，這對于常規(guī)技術是不可能的，并且這些更復雜的結構允許改進的性質。例如，由于混凝土管由精心制作的內部支撐結構支撐，所以可制成壁厚更薄的混凝土管，既節(jié)省材料又可減輕重量而不犧牲強度。
常用的混凝土AM技術是標準的擠壓方法，從噴嘴中擠出預制混凝土，類似于FDM 3D打印如何從熱塑性塑料中形成結構。選擇性結合是一種較新的方法，其擠出水和水泥的混合物而不是混凝土。建筑物體為多層沙子，經擠壓后逐漸形成混凝土形狀。多余的沙子然后被移除。
TUM團隊必須建立一個選擇性的結合單元，以測試后者的混凝土3D打印工藝，這需要花費大約三年時間才能完善。他們超大尺寸的3D打印機安裝在研究場所的地下室。在啟動3D打印機之前，沙子首先使用自動散射系統(tǒng)進行分配。三維系統(tǒng)的軌道將打印頭移動，使其能夠按照項目的要求定位在工作空間的任何特定點。然后，噴嘴可以準確地將流體施加到需要去的地方。
成功的打印依賴于獲得合適的層厚度，正確的砂粒大小，適當的打印頭移動速度以及正確類型的噴嘴等等。來自TUM建筑材料中心的工程師幫助優(yōu)化了打印參數。該團隊正在開發(fā)一種3D打印機，其打印頭將配備數千個噴嘴。這將使得制造大約十立方米的部件成為可能，所述部件是建筑物中一層的高度。這將是次使用這種選擇性結合技術制造這種尺寸的部件，測試應該在明年開始。
從使用的材料和采用的系統(tǒng)來看，該團隊還采用了比較常見的擠出3D打印方法，并取得了一些進展。其中一個項目將木屑添加到標準混凝土拌合物中，由于材料中含有多余的空氣，可以提供一體化隔熱，從而避免建筑物在冬季過冷或夏季過熱。這種輕質木質混凝土與傳統(tǒng)的氣體混凝土一樣具有彈性和絕緣性，但其可打印性意味著它可以制成更復雜的結構。新設計的用電腦控制的機器人手臂被用來移動打印頭，并更有效地擠出這種新材料，地將混凝土彼此疊放，以形成所需的結構。
根據TUM木結構和建筑結構主席Klaudius Henke博士的說法，“增材制造對建筑非常有吸引力：即使在小批量的情況下，它也能以高水平的成本效益實現各種各樣的形狀...它將改變建筑，這種技術不僅可以實現多樣化，而且每個部件都可以單獨設計，而不會產生額外的成本。”
(原標題：慕尼黑大學開發(fā)出3D打印復雜建筑結構的“選擇性結合”方法)
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