3D打印建造技术实训教程 第2章 3D打印建造技术常见工艺方法及流程.ppt

3D打印建造技术实训教程智能建造应用与实训系列第二章3D打印建造技术常见工艺方法及流程目录了解3D打印建造技术的常见工艺方法掌握3D打印建造技术应用的一般流程本章重点理解3D打印建造技术应用的一般流程本章难点本章内容1.3D打印建造工艺梳理分析2.基于混凝土分层喷挤叠加方法3.基于砂石粉末分层粘合叠加方法4.大型机械臂驱动的材料三维构造建造方法5.3D打印建造技术应用的一般流程1.3D打印建造工艺梳理分析近年来，3D打印（3D-printing）作为第三次工业革命的重要标志，在土木建筑领域取得了快速发展和应用，成为建筑业在智能化、绿色化方向发展的创造性技术。13D打印建造工艺梳理分析3D打印建造技术作为一种新型技术被认为能够改变传统施工形式，该技术涉及建模、信息处理、机电控制、材料科学及机械设计等多项前沿技术，在缩短施工周期，降低人工成本，减少建筑废物及周边环境的影响等方面具有明显优势。因此，近年来，国内外大批科研院所及企业对3D打印建造技术应用的打印方式、材料、设备及应用场地条件进行了大量研究。目前大型3D打印建造工艺主要有3类：轮廓加工、D-shape和混凝土印刷技术；机械结构的常见类型有3种：龙门结构、悬索机器人和机械臂。13D打印建造工艺梳理分析2.基于混凝土分层喷挤叠加方法轮廓工艺（ContourCrafting，CC）技术是一项通过电脑控制的喷嘴按层挤出材料的建造技术，主要包括外部轮廓和内部轮廓两部分，其原理是通过控制计算机对模型进行分层处理，并设定好打印路径，喷嘴在指定路径上不断移动并挤出类似混凝土的打印材料，材料逐层叠加，最终完成建筑物打印。2.1轮廓工艺轮廓工艺打印工艺流程轮廓工艺基本实现方式：1.一个大型龙门吊打印整个建筑物2.多个小型机器人打印各个建筑外墙从而完成整体结构2.1轮廓工艺轮廓工艺泥刀示意图不管哪种实现方式，相对于传统方式来说，轮廓工艺在时间和成本上均具有明显优势。此外，轮廓工艺利用喷嘴附带的泥刀随挤随抹，有效解决了分层叠加建造方式所造成的产品表面层状条纹明显的不美观问题，实现了建筑构件表面的光滑处理。采用轮廓工艺进行现场3D打印建造施工时，其基本工序流程为：混凝土罐车将混凝土泵送到龙门架上，然后由喷头挤出混凝土，堆叠形成建筑墙体、柱等竖向构件；而楼板、过梁等水平构件则需预先在地面制作成型，而后由龙门架上的吊车进行吊装（图a），先根据截面信息打印外部轮廓，再向内部全填充混凝土或者波纹状填充（图b）2.1轮廓工艺轮廓工艺在建筑中的应用技术难点主要优势不足之处技术难点轮廓工艺的技术难点在于合理控制打印混凝土模板所受的侧压力，这是限制打印构建高度和填充内核体积的决定因素。主要优势利用抹刀实现构件平整光滑的表面，可根据打印材料配合比控制挤出速度，同时定制化程度高、设计较自由。节约资金、材料和人工。不足之处需预先打印性能要求极高的腔体，增加了材料设计的难度；分层浇灌建筑墙体内核会增加材料层间衔接部位性能薄弱区，为材料长期性能留下隐患；其打印精度有待提高2.1轮廓工艺2007年，美国俄亥俄大学（OhioUniversity）Paul等人改进并提出了轮廓工艺-带缆索系统（CC-cable-suspended），以刚框架作为机械骨架，通过12条缆索控制终端喷嘴的三维运动，称其为基于直角坐标系的轮廓工艺缆索机器人（ContourCraftingCartesianCableRobot，C4Robot）优点：用轻质框架代替笨重龙门架，更加便携、灵活、易拆装，使得在工地现场打印建造房屋更具有可行性轮廓工艺-带缆索系统示意图轮廓工艺-带缆索系统工艺流程2.2轮廓工艺-带缆索系统FDC打印机械装置2.3混凝土熔融沉积（FDC）技术FDC打印工艺流程英国拉夫堡大学（LoughboroughUniversity）创新和建筑研究中心Lim等人于2008年提出基于混凝土喷挤堆积成型工艺的后来被称为“混凝土打印（ConcretePrinting）”的3D打印建造技术，通过喷挤材料分层打印和植入横向钢筋网的交叉操作实现实体构建打印，能够灵活控制内部和外部形状，实现结构自由，同时也有学者根据成型原理将其命名为混凝土熔融沉积（FDC）技术。3.基于砂石粉末分层粘合叠加方法D型技术的原理是通过一个大型的3D打印机，选择性地将砂子和镁质黏合物结合在一起，逐层打印形成三维实体建筑，具有良好的抗压能力和足够的抗拉强度，即使用该技术打印的建筑物不需要钢筋来提升抗拉强度。D型技术的优点在于其建造价格低廉，可较好地控制产品质量，能通过扫描技术定制修补缺损构件