3D打印混凝土技术将成行业发展新方向

2.3D打印混凝土的施工

随着3D打印混凝土出现在研究者的视野中，3D打印建筑也随之产生。意大利研究者EnricoDini发明了世界首台大型建筑3D打印机，这台打印机的底部有数百个喷嘴，可喷射出镁质黏合物，在黏合物上喷撒砂子可逐渐铸成石质固体，通过一层层地黏合物和砂子结合，最终形成石质建筑物，并成功使用建筑材料打印出高4米的建筑物。在此基础上，他与荷兰建筑师JanjaapRuijssenaars一同合作，欲用此3D建筑打印机打印建设一座“莫比乌斯环”状的建筑物，用以参加欧洲的3D打印比赛，这是3D打印混凝土技术在建筑行业的大胆实践。近日，上海青浦出现一批3D打印房屋，其研发者马义和使用回收的建筑垃圾与玻璃纤维作为打印原料，采用自行设计的组装打印机械在24小时内完成了10幢200平方米建筑的“打印”，但其使用的材料与结构的承载力、耐久性仍值得考虑。

之前荷兰的一家建筑企业也已着手进行一栋大楼的打印，其施工主要是通过将3D打印机打印出来的预制件像积木一样垒起来，以此来完成打印。在3D打印混凝土的打印过程中，是混凝土条层层堆积的过程，不可避免地会在打印构件的表面上出现台阶效应，其表面粗糙不平，不仅影响美观，还可能导致精度的误差，从图6中可以明显看出，打印的构件表面存在横向的条纹，层次较为明显，表面平整度有待美化。而为了处理这类问题，通常使用两种方法：一是缩小打印喷嘴的口径，降低台阶的高度，这种方法会降低打印的速度，影响施工效率，同时并不能保证表面达到理想的平整度;二是在成型后进行后续抹平处理，此方法需进行重复工作，费时费力。为解决3D打印建筑施工过程中的这些问题，美国南加州大学的BehrokhKhoshnevis教授提出轮廓建筑工艺(ContourCrafting)。轮廓建筑工艺是使用3D打印技术进行建筑建造的一种工艺，包括轮廓打印系统(Extrusionsystem)和内部填充系统(Fillingsystem)两部分，其原理是先进行外部轮廓的打印，之后向内部填充材料，形成混凝土构件。

轮廓建筑工艺最大的特点是：在喷嘴上加入泥刀，泥刀保证在打印建筑的同时可以进行表面的平整，很好地解决3D打印表面不平整的问题。此外，轮廓建筑工艺可以在3D打印建筑的同时，实现混凝土构件中配筋，还可以进一步尝试高层建筑的打印建设。以3D打印技术为基础，加入泥刀的轮廓建筑工艺具有较多的优点，一方面在打印的同时进行建筑物表面的平整，提高了打印建筑表面的光滑度与精确度，避免重复施工;同时，还可以加大每层打印的厚度，提高建筑物的建造效率，可在24小时内打印完成一栋2500平方英尺的房子。此外，打印设计中填充系统的存在，可以根据需要进行内部材料的填充，在很大程度上提高打印建筑的结构性能。