3D打印建造技术实训教程 第1章 概述.ppt

3D打印建造技术实训教程智能建造应用与实训系列第一章概述目录了解3D打印建造技术的产生、发展历程、发展趋势和面临的挑战掌握3D打印建造技术的内涵、原理及技术特点了解3D打印建造技术在建筑工程中的主要应用领域本章重点了解3D打印建造技术的产生、发展历程、发展趋势和面临的挑战掌握3D打印建造技术的内涵、原理及技术特点本章难点本章内容1.3D打印建造技术2.3D打印建造技术发展历程3.3D打印建造技术在建筑工程中的应用4.3D打印建造技术的挑战1.3D打印建造技术1.13D打印技术的产生3D打印技术又称增材制造（AdditiveConstruction），是一种自下而上材料累加的制造工艺，即在空白的三维空间区域内，使用特定的熔融材料进行逐层顺序堆叠，且每个堆叠层都在打印机或微处理器的精确控制下实施，包括喷吐熔融材料的数量、喷吐方向和喷吐形状，直至形成预期成品。1.13D打印技术的产生3D打印技术兴起于20世纪80年代，是一种以离散堆积原理为核心的新型制造技术，其技术前身是美国科学家ChuckHull在1986年发明的一种名为“光固化（SLA）”技术，此项技术利用UV激光束来逐层扫描和固化光敏树脂，制造三维模型。1988年，美国3DSystems公司推出世界上第一台基于SLA技术的工业级打印机——SLA-2501.13D打印技术的产生3D打印技术原理与普通打印工作原理类似，即通过预设程序、CAD数字模型文件确定打印目标物，运用计算机自动控制技术并采用激光束、喷粉等适合方式将打印材料通过逐层堆叠、层层打印的方式构造实体。具有数字化、智能化、机械自动化等特点。相对于传统的减材制造技术（如切削等），该技术受传统工艺加工难或无法加工的限制较小，极大程度地缩短了具有复杂结构产品的加工周期。3D打印技术示意图：(a)基于固体(b)基于液体(c)基于能量1.13D打印技术的产生3D打印技术成型工艺目前主要分为基于激光或高能量面密度热源的成形技术、基于喷射的成形技术2类。随着3D打印技术的不断发展和改进，涉及的材料种类不断增加，技术原理和应用领域更加多样化。目前，3D打印技术已经成为一种快速、低成本、高效率的制造工艺，被广泛应用于建筑工业制造、医疗保健、教育、艺术和设计等领域。1.23D打印技术的定义1.建筑3D打印概述目前建筑3D打印的代表性工艺主要有3种，分别为轮廓工艺、混凝土打印工艺及粉末式工艺（D-shape），不同工艺侧重不同，但其核心原理基本一致，均为通过逐层累加成型。工艺操作过程工艺特点代表性应用轮廓工艺通过挤压形成外部轮廓,再经过挤压浇筑或注入填充内部孔隙工艺原理及操作简单可靠打印房屋、桥梁、公共设施，还被美国航天局用于建造外星球天空基地混凝土打印工艺通过喷嘴挤出浆体并自身堆积制备整个构件能够灵活控制内部和外部形状,实现结构自由打印房屋、桥梁、公共设施，还被用于进行历史和文化遗产保护，比如我国的3D打印石窟粉末工艺将粉末材料铺成一定厚度的粉末层,再喷射粘结剂,使粉末相粘结,然后再铺一层粉末层,不断重复完成制造工艺精确度高，但原理较复杂，对设备及原材料性能要求较高打印了高1.6m的雕塑,并对月壤建造月球基地进行了研究1.23D打印技术的定义2.3D打印建造技术根据打印机位置与目标建筑地址的关系，3D打印建造技术可分为两种：原位3D打印技术和装配式3D打印技术。两种打印方式都用到了3D打印建筑设备，即3D建筑打印机，其构成主要有硬件设备与软件系统。3D打印建筑设备的构成1.23D打印技术的定义原位3D打印是指在目标建筑地址现场使用3D打印机进行整体式打印，将混凝土材料通过3D打印机喷射出来，在空气中逐渐固化而一次性打印形成整个建筑。该技术通常使用的是滑移式打印机，可以在建筑施工过程中直接打印出建筑构件，避免了预制构件的运输和安装等步骤。原位3D打印施工流程图装配式3D打印是将3D打印技术与装配式建筑相结合，通过将不同类型的预制构件在工厂内采用流水线或固定模台工艺打印出来，并通过车辆储运至现场进行组装的方式。该技术的优点包括灵活、可定制化程度高、建筑结构复杂度高等，但也存在装配精度较低、构件尺寸受限等缺点。装配式3D打印施工流程图1.33D打印建造技术的原理及系统构成1.技术原理建筑3D打印技术的基本原理3D打印建造技术作为新型数字建造技术，集成了计算机技术、数控技术、材料成型技术等，采用材料分层叠加的基本原理，由计算机获取三维建筑模型的形状、尺寸及其他相关信息，并对其进行一定优化处理，按某一方向将模型分解成具有一定厚度的层片文件，然后对层片文件进行检验或修正并生成正