(完整版)建筑3D打印技术的发展

建筑3D打印前瞻
Building 3D Printing Preview
值得期待的未来
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值得期待的未来
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值得期待的未来
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骨料粒径
• 技术特性：喷嘴工艺施工
• 材料特性需求: 合适的骨料粒径大小 过大: 堵塞喷嘴； 过小: 水化速率过快，水化热过高
• 改良方法: 寻找合适的骨料粒径
技术催生材料
建筑3D打印技术特性对材料的要求
• 技术特性：喷嘴工艺施工
• 材料特性需求: 合适的骨料粒径大小 过大: 堵塞喷嘴； 过小: 水化速率过快，水化热过
高
• 改良方法: 寻找合适的骨料粒径
技术催生材料
建筑3D打印技术特性对材料的要求
配合比
• 技术特性：无支撑 、逐层打印、轮廓工艺
• 材料特性需求: 除了满足施工形态需求外，还 要满足耐久性与强度的需求。
• 改良方法: 的
计
役
基于3D打印技术的特点，建立新 理论，开展新的研究。建立新的 算模型，以及硬化理论模型、服 寿命预测模型等。
凝结时间
骨料粒径
配合比
外加剂
技术催生材料
建筑3D打印技术特性对材料的要求
凝结时间
• 技术特性：无支撑 、逐层打印、轮廓工艺
• 材料特性需求：相对较快的凝结时间； 相对较快的强度发展。
• 改良方法: 1. 改变水泥矿物组成、熟料细度等；
泥；
2. 采用凝结与强度发展较快的水
（采用硫铝酸盐水泥、铝酸盐性 硅酸盐水泥）
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技术催生材料
建筑3D打印技术特性对材料的要求
• 技术特性：无支撑 、逐层打印、轮廓工艺
• 材料特性需求: 除了满足施工形态需求外，还 要满足耐久性与强度的需求。
• 改良方法: 计 役
基于3D打印技术的特点，建立新的 理论，开展新的研究。建立新的
算模型，以及硬化理论模型、服
寿命预测模型等。
技术催生材料
工艺
「
轮廓工艺
」
无
节
可
施
人
模
省
打
工
工
成
材
印
工
需
型
料
复
期
量
杂
短
求
结
少
构
建筑3D打印材料
Building 3D Printing Materials
建筑3D打印材料
Building 3D Printing Materials
材料 催生 技术
Materials
技术 催生 材料
技术催生材料
建筑3D打印技术特性对材料的要求
技术催生材料
建筑3D打印技术特性对材料的要求
• 技术特性：无支撑 、逐层打印、轮廓工艺
• 材料特性需求：相对较快的凝结时间； 相对较快的强度发展。
• 改良方法: 1. 改变水泥矿物组成、熟料细度等；
泥；
2. 采用凝结与强度发展较快的水
（采用硫铝酸盐水泥、铝酸盐性 硅酸盐水泥）
技术催生材料
建筑3D打印技术特性对材料的要求
3D
建 筑 打 印 技 术
3D
建 筑 打 印 技 术
3D
建 筑 打 印 技 术
建筑3D打印技术
建筑3D打印技术
建筑3D打印技术
建筑3D打印技术
Building 3D Printing Technology
建筑3D打印技术
Building 3D Printing Technology
技术原理
Environmentally Driven Geopolymer Cement Applications. www.geopolymer.org • RENCA-geocement • Wikipedia: Geopolymer; https://en.wikipedia.org/wiki/Geopolymer
稳定的高强度 盐碱、酸耐受性
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建筑3D打印前瞻
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值得期待的未来
✓ 更少的建筑垃圾 ✓ 更少的劳动力投入 ✓ 更短的建设周期 ✓ 更低的建造成本
✓ 更为广泛的原材料 ✓ 更智能化的建筑过程 ✓ 更多的结构可能性 ✓ 使星际建筑成为可能
co-valent bonds.
材料促进技术
波特兰水泥与地质聚合物水泥 Portland Cement Chemistry VS. Geopolymer Chemistry
材料促进技术
矿物聚合材料水泥
绝缘性 高冻融循环耐受性 触变性 可调整的凝结时间 高冻融循环耐受性
热冲击耐受性 耐火性 流动性
「 将混凝土构件利用计算机进行 3D 建
模和分割生产三维信息，然后将配制好的
混凝土拌合物通过挤出装置，按照设定好
的程序，通过机械控制，由喷嘴挤出进行
打印，最后得到混凝土构件。
」
工艺
轮廓工艺
「 轮廓工艺是一项混合技术，主 要包括外部轮廓和内部轮廓两部分， 通过挤压成型形成外部轮廓，再通 」 过挤压浇筑或注入来填充内部。
2015. • 张大旺, 王栋民. 3D打印混凝土材料及混凝土建筑技术进展[J]. 硅酸盐通报, 2015, 34(6):1583-1588. • Prof. Dr. Joseph Davidovits Geopolymer Institute 02100 Saint-Quentin, France,
by means of a novel 3D printing technology[J]. Acta Astronautica, 2014, 93(1):430-450. • 范诗建, 杜骁, 陈兵. 磷酸盐水泥在3D打印技术中的应用研究[J]. 新型建筑材料, 2015, 42(1):1-4. • 蔺喜强, 张涛, 霍亮,等. 水泥基建筑3D打印材料的关键技术及应用研究[C]// 全国特种混凝土技术.
建筑3D打印技术特性对材料的要求
外加剂
• 技术特性：无支撑 、逐层打印、轮廓工艺
• 材料特性需求: 良好的出泵形态保持能力； 良好的体积稳定性； 较高的塑性粘度； 不具有流淌性却具有好的可塑
性
• 改良方法: 加入促凝剂、早强剂、复合体积稳定 剂（VS）、合成纤维等，改良胶凝
材Leabharlann Baidu料形态与体积稳定性
技术催生材料
尚需解决的问题
水泥材料的合适配方
配套软件的开发
打印精度不足
打印设备成本较高
无法适应大规模制造
结构耐久性问题
参考文献Reference
• 杨建江, 陈响. 3D打印建筑技术及应用趋势[J]. 施工技术, 2015, 44(10):84-88. • Cesaretti G, Dini E, Kestelier X D, et al. Building components for an outpost on the Lunar soil
建筑3D打印技术特性对材料的要求
• 不具有流淌性却具有好的可塑性 • 同时应有较快的凝结时间和较高的早期强度。
材料促进技术
地质聚合物水泥 Geopolymers Cement
材料促进技术
地质聚合物是由共价键相连的矿物分子所组成的链或网络。 Geopolymers are chains or networks of mineral molecules linked with
建筑3D打印材料 Building 3D Printing Materials
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3D打印技术是什么？
• 利用“逐层”打印技术 • 在三维空间内 • 利用各类材料 • 打印三维实体产品 • 的技术