3D打印混凝土技术将成行业发展新方向

3.3D打印混凝土存在的问题

目前的3D打印混凝土技术正处于研发试用阶段，对于其性能与应用均处于探索阶段，因此，不可避免地会存在一些问题。

(1)原材料的问题。3D打印混凝土相对于传统的模成型混凝土对原料的要求更为苛刻，普通水泥可能无法同时满足建筑性能与打印技术的要求，粗细骨料的质量要求会更高，甚至要采用新的破碎工艺制度，而对于外加剂在混凝土体系中发挥的作用及作用机理也可能会发生改变。

(2)配合比理论的问题。3D打印混凝土技术对混凝土的粘聚性、挤出性和可建造性等新拌性能提出了特殊的要求，同时，打印过程对混凝土的后期硬化性能会产生较大影响，这并不是可以简单地依据水灰比、砂率等参数的调整而可以满足的。依据现有的混凝土配合比理论配制的混凝土是否可以较好地满足3D打印的工作性要求、达到打印硬化后力学性能与耐久性指标的要求仍有待确定，这就需要从新的角度去提出新的理论，以更好适应于3D打印混凝土技术。

(3)软件的问题。与传统混凝土施工不同的是，3D打印混凝土需要先完成电脑上模型的构造，再通过自动化程序使之转换为实物，因此，设计软件成为3D打印混凝土技术准备阶段的重要组成部分，而如何实现软件与现实之间的转换成为打印混凝土发展不可或缺的步骤。

(4)成型高度的问题。目前的3D打印混凝土技术所使用机械的能力仍处于平面扩展阶段，可适用于低层大面积建筑的建设，而对于广泛使用的高层建筑还无法进行打印，只能通过先打印预制件、再进行组装的方式来实现，同时，要将几十层的建筑物打印出来，需要设计出巨型的3D打印机，解决大型建筑物结构强度问题，以及建筑物中钢筋的打印问题。此外，3D打印混凝土在生产流程、安全措施等方面均会产生较大的改变，都会造成或多或少的问题，这些均有待研究者进一步的研究与发现。

3D打印混凝土展望

随着科技的发展，愿意从事一线体力劳动的人员越来越少，作为劳动力密集的混凝土建筑行业将迎来一次巨大的挑战，而结合了3D打印技术的3D打印混凝土技术的出现，无疑是一大福音，具有十分广阔的发展前景。3D打印混凝土技术在建造过程中取消了支模拆模的繁琐程序，在很大程度上简化了施工的过程，使得施工速率可以提高到10倍以上，而且还可以实现混凝土的充分利用，降低水泥的使用量，更可以提高建筑物的服役寿命，降低建筑垃圾的产生，减少重复建设，同时，3D打印机械仅需要数名技术人员的控制，减少了施工人员的数量，正符合当今社会的发展趋势。此外，3D打印混凝土技术可以实现各种形状建筑的打印，对环境的要求较小，可将其应用于外太空的探索，迅速完成太空基地的建设。

目前，3D打印混凝土技术处于发展起步阶段，为实现3D打印混凝土技术应用的普遍化，需要针对其存在的问题进行关键技术的解决。未来3D打印混凝土技术的研究发展可以从如下方面进行：

(1)混凝土材料的研究。虽然英国拉夫堡大学的T.T.Le等人对3D打印混凝土进行了部分的研究，提出了一些3D打印混凝土所需要具备的性能，但主要是基于现阶段对3D打印混凝土技术初步的认识，缺乏较为系统、理论、深入的研究。而要使3D打印混凝土技术可以快速地发展，则必须对混凝土的原材料、配制理论进行系统深入的研究，因此，新的混凝土配合比理论和新的原材料要求都需要根据性能需求来完善，这也将是3D打印混凝土技术发展过程中的主要研究课题。

(2)配套软硬件的研究。3D打印混凝土技术是电脑软件与打印机械协同合作的过程，如何将电脑中的三维模型通过软件控制的打印装置将之变为实物，更好地与自动化过程相结合，并使之达到最佳效果，这将是一个长期的过程。

(3)打印工艺的研究。如何合理地安排打印的方向次序、控制打印喷头的全方位爬升等都是决定打印效率的重要因素，也是今后研究中需要注意的方面。同时，目前的3D建筑打印工艺可实现的打印高度受到较大的限制，而社会的发展却使混凝土建筑逐渐向高耸方向发展，这就需要新的打印工艺以实现高层打印与向高层发展所要解决的结构强度。