3D打印技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用與趨勢
發(fā)表時間：2023-07-12 17:41:55 | 點擊率：71
3D打印技術(shù)是將原材料通過噴嘴能航，依據(jù)三維切片模型進行逐層堆積材料而直接得到實物的技術(shù)瓜饥。該項技術(shù)得益于其獨特的制造方法，大大增加了模型的幾何自由度铛绰，減少了對于人工的依賴性慌闭，節(jié)省了原材料與時間，是一種低能耗、低排放的新興技術(shù)。易于與新能源鸵安、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)實現(xiàn)跨界融合和多場景疊合應(yīng)用反璃，構(gòu)成第四次產(chǎn)業(yè)革命的重要支撐和創(chuàng)新技術(shù)昵慌。3D打印技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用最早始于20世紀90年代末，吸引了全球眾多企業(yè)和大學(xué)的研究和參與版扩，截至目前已經(jīng)出現(xiàn)了40多種不同的打印技術(shù)。對于3D打印技術(shù)的研究侄泽，其主要集中于材料配比和施工方法礁芦，少有針對3D打印技術(shù)的詳細討論和分類。
1 3D打印技術(shù)分類及其在裝配式建筑中的應(yīng)用
在美國材料與試驗協(xié)會（American Society for Testing and Materials, ASTM）與國際標準化組織（International Organization for Standardization, ISO）在聯(lián)合發(fā)布的3D打印技術(shù)標準中悼尾，3D打印分為立體光固化柿扣、材料噴射、粘結(jié)劑噴射闺魏、粉末床熔融未状、材料擠出、定向能量沉積和薄材疊層七種析桥，目前應(yīng)用于國內(nèi)外建筑業(yè)的主要有四種司草，分別為粘結(jié)劑噴射、材料擠出泡仗、粉末床熔融和定向能量沉積埋虹。
材料擠出是通過噴嘴擠壓材料，并將其逐層沉積裁愉。該方法由Crump發(fā)明驳辖，由于其需要將打印材料從高溫噴嘴中擠出沉積，因此該技術(shù)也稱為熔融沉積成型技術(shù)属缚，并以此商業(yè)化体咽，逐漸廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)和廉價個人3D打印機。例如隧鸠，Khoshnevis開發(fā)的輪廓工藝技術(shù)飒迅，Gosselin等開發(fā)的名為XtreeE的六軸機械臂打印技術(shù)和應(yīng)用最廣的混凝土打印技術(shù)同蚂。
粘合劑噴射與材料擠出相反，由粘合劑作為油墨沦靖，選擇性地將液體粘合劑噴射到每一層材料上喂交，以將粉末粘合在一起，將粉末材料一層一層地沉積防偿。該技術(shù)特點是成型速度較快察夕，可彩色打印且無需支撐，常適用于較小和精度較高的零件打印窗悯，于1997年由Pegna首次提出区匣。
粉末床熔融是以激光和電子束為能量源，選擇性地熔融金屬材料粉末床的工藝蒋院。此類技術(shù)主要應(yīng)用于建筑中的金屬及玻璃構(gòu)件的制造亏钩，有利于減少材料浪費和提高生產(chǎn)效率。
定向能量沉積是利用熱能融化材料欺旧，使其逐層沉積姑丑，主要用于打印大尺寸金屬構(gòu)件和修復(fù)受損金屬零件。對于薄板層壓工藝辞友，F(xiàn)abrisonic曾開發(fā)出一種超聲波3D打印系統(tǒng)栅哀，并可用于建筑業(yè)金屬構(gòu)件制造，但由于其制造成本過高称龙，尚未在建筑業(yè)得到成功應(yīng)用留拾。
經(jīng)實踐證明，在建筑業(yè)能夠成功應(yīng)用的3D打印技術(shù)主要為材料擠出鲫尊、粘合劑噴射和粉末床熔融痴柔。表1按照時間順序梳理了3D打印技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用，并分別介紹了不同技術(shù)的特點模博。從3D打印技術(shù)的發(fā)展路徑可以得出結(jié)論：3D打印在建筑業(yè)的發(fā)展過程從非現(xiàn)場化走向現(xiàn)場化和移動化溅蓖，從單一材料走向多種材料和復(fù)合材料，從打印墻體再到打印與建筑相關(guān)的塑料構(gòu)件攘调、金屬構(gòu)件和玻璃構(gòu)件等三麦，既有大型的龍門式打印系統(tǒng)，也有小型機器人和無人飛行打印系統(tǒng)怕茉。
