受龍蝦殼啟發(fā)的圖案可以支持更復(fù)雜和更具創(chuàng)意的建筑結(jié)構(gòu)。*新研究表明，受龍蝦殼啟發(fā)的圖案可以使3D打印混凝土更堅(jiān)固，從而支持更復(fù)雜和更具創(chuàng)意的建筑結(jié)構(gòu)。

 

 

　　3D混凝土印刷（3DCP）等數(shù)字制造技術(shù)具有巨大的潛力，可以節(jié)省時(shí)間，精力和建筑材料。他們還承諾將突破建筑創(chuàng)新的界限，但是在使3D打印混凝土足夠堅(jiān)固以用于更自由形式的結(jié)構(gòu)中時(shí)，仍然存在技術(shù)挑戰(zhàn)。

 

　　在*項(xiàng)新的實(shí)驗(yàn)研究中，RMIT大學(xué)的研究人員著眼于龍蝦殼的自然強(qiáng)度來設(shè)計(jì)特殊的3D打印圖案。它們的仿生螺旋圖案提高了3D打印混凝土的整體耐用性，并能夠在需要時(shí)將強(qiáng)度精確地指向結(jié)構(gòu)支撐。當(dāng)團(tuán)隊(duì)將扭曲圖案與鋼纖維增強(qiáng)的特殊混凝土混合在*起時(shí)，所得到的材料比傳統(tǒng)的混凝土更堅(jiān)固。*席研究員Jonathan Tran博士說 3D打印和增材制造 為提高效率和創(chuàng)造力開辟了建筑業(yè)的機(jī)會(huì)。

 

 

　　RMIT結(jié)構(gòu)材料和設(shè)計(jì)高*講師Tran說：“ 3D混凝土打印技術(shù)具有徹底改變建筑業(yè)的真正潛力，我們的目標(biāo)是使這種轉(zhuǎn)變更加緊密。我們的研究探討了不同的印刷方式如何影響3D打印混凝土的結(jié)構(gòu)完整性，并*次揭示了3DCP中采用生物啟發(fā)方法的好處。我們知道，像龍蝦外骨骼這樣的天然材料已經(jīng)在數(shù)百萬年的時(shí)間內(nèi)演變成高性能的結(jié)構(gòu)，因此，通過模仿它們的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，我們可以在自然界已經(jīng)創(chuàng)新的地方效仿。”

 

　　建筑3D打印

 

　　混凝土建筑的自動(dòng)化將改變我們的建筑方式，在自動(dòng)化和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的革命中，建筑將成為工業(yè)4.0的下*個(gè)前沿*域。3D混凝土打印機(jī)通過逐層沉積材料來建造房屋或制造結(jié)構(gòu)部件，這與在模具中澆筑混凝土的傳統(tǒng)方法不同。

 

　　借助*新技術(shù)，可以在短短24小時(shí)內(nèi)對(duì)房屋進(jìn)行3D打印，而成本僅約為成本的*半，而***個(gè)3D打印社區(qū)的建設(shè)始于2019年在墨西哥開始。新興行業(yè)已經(jīng)在支持建筑和工程創(chuàng)新，例如迪拜的3D打印辦公樓，馬德里的仿自然混凝土橋以及荷蘭的帆狀“歐洲建筑”。RMIT工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)專注于3D打印混凝土，探索通過印刷圖案設(shè)計(jì)，材料選擇，建模，設(shè)計(jì)優(yōu)化和加固選項(xiàng)的不同組合來增強(qiáng)成品的方法。

 

　　印刷圖案

 

　　3D打印中使用的*常規(guī)圖案是單向的，其中各層以平行線相互疊放。在3D打印和增材制造專刊上 發(fā)表的這項(xiàng)新研究 調(diào)查了不同印刷圖案對(duì)鋼纖維增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的影響。

 

　　RMIT團(tuán)隊(duì)*前的研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土混合物中加入1-2％的鋼纖維可以減少缺陷和孔隙率，提高強(qiáng)度。纖維還幫助混凝土盡早硬化而不會(huì)變形，從而可以建造更高的結(jié)構(gòu)。

 

　　該團(tuán)隊(duì)測(cè)試了以螺旋形圖案（受龍蝦殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)啟發(fā)），交叉層和準(zhǔn)各向同性圖案（類似于用于層壓復(fù)合結(jié)構(gòu)和逐層沉積復(fù)合材料的模式）印刷混凝土的影響，以及標(biāo)準(zhǔn)的單向模式。

 

　　支持復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

 

　　結(jié)果顯示，與單向打印相比，每種模式的強(qiáng)度都有所提高，但是Tran說，螺旋模式*有可能支持復(fù)雜的3D打印混凝土結(jié)構(gòu)。

 

　　他說：“由于龍蝦殼自然結(jié)實(shí)且自然彎曲，我們知道這可以幫助我們提供更堅(jiān)固的混凝土形狀，例如拱形，流動(dòng)或扭曲的結(jié)構(gòu)。”

 

　　“這項(xiàng)工作尚處于初期階段，因此我們需要進(jìn)*步的研究，以測(cè)試混凝土如何在更廣泛的參數(shù)范圍內(nèi)發(fā)揮作用，但我們的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明我們走在正確的軌道上。”

 

　　*近，RMIT收購(gòu)了新型大型移動(dòng)混凝土3D打印機(jī)，以支持進(jìn)*步的研究-這使它成為南半球**調(diào)試此類機(jī)器的研究機(jī)構(gòu)。該團(tuán)隊(duì)將使用5×5m機(jī)器人打印機(jī)研究房屋，建筑物和大型結(jié)構(gòu)部件的3D打印。該團(tuán)隊(duì)還將使用該機(jī)器探索用回收的廢料（例如軟塑料骨料）制成的混凝土進(jìn)行3D打印的潛力。

 

　　這項(xiàng)工作與行業(yè)合作伙伴Replas和SR Engineering的*個(gè)新項(xiàng)目有關(guān)，該項(xiàng)目專注于用消費(fèi)后回收的軟塑料和混凝土制成的隔音墻，*近獲得了澳大利亞政府創(chuàng)新連接資助。