3D打印技术是以数字模型为基础,将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术,体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合,是先进制造业的重要组成部分。
2015年,工业和信息化部、发展改革委、财政部联合印发了《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,将3D打印升级为国家战略,以全方位产业战略规划的形式拖进3D产业良性发展。2016年,住建部印发《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》,对3D打印技术有了新的指示:积极开展建筑业3D打印设备及材料的研究。结合BIM技术应用,探索3D打印技术运用于建筑部品、构件生产,开展示范应用。2020年,工信部等6部门印发《增材制造标准领航行动计划 (2020-2022年)》,指出:到2022年,増材制造专用材料、工艺、设备、软件、测试方法、服务等领城“领航”标准数量达到80-100项。
建筑(混凝土)3D打印技术作为3D打印技术的重要组成部分,近几年也得到了飞速的发展,目前已发布的《混凝土3D打印技术规程》行业协会标准,另有两项团体标准计划今年10月10日起实施,可见混凝土3D打印技术发展之快及得到的重视程度。
混凝土3D打印技术相比于传统的建造技术具有许多优势:
1、建造效率高:打印机可以连续自动化工作,一个项目用传统建造方式可能需要数周或数月才能完成,而 3D 打印混凝土技术通常可以在几个小时或几天内完成一个项目。
2、减少建筑垃圾:传统建造过程会产生大量建筑垃圾,这对环境尤其有害,因为水泥作为混凝土的主要成分,约占碳排放的7%。比较之下,3D打印机可以确切地知道项目需要多少材料,只在真正需要的地方使用混凝土。
3、智能化生产减少人工:计算机上展现的设计可以直接变换为打印机指令。这消除了将设计转换成图纸的需要,进而减少了不必要的错误和麻烦,节约了成本并减少了延误。
4、提高设计自由度:可直接进行墙体、建筑结构、异形建筑的编程打印,一体成型,无需传统模板,可自由设计任何类型的结构。
5、符合节能减排政策:混凝土3D打印技术免模板、节省材料,属于低碳技术。另一方面,3D打印混凝土材料可以成分利用固废进行生产,进一步减少碳排放。
6、提高社会经济效益:3D打印混凝土技术可以节省材料成本和人工成本,缩短生产周期,降低碳排放,具有很高的社会经济效益。
综上所述,3D打印混凝土技术是符合国家发展战略要求的,具有突出优势的先进智能建造技术,而且使用3D打印混凝土技术建造的结构有足够的安全可靠性,具有巨大的推广价值。
主要包括技术内涵、技术特点、技术原理、建造流程、材料组成等方面。
技术内涵:3D打印混凝土技术是通过计算机分层建模指令,控制3D打印设备将特制的混凝土材料沿着指定的路径逐层堆叠的一种全新的建造方式。
技术特点:该技术无需像传统建造方式一样支模浇筑混凝土,不但节省模板、人工等成本,而且打印的造型完全按照计算机模型进行,具有很高的打印精读和模型还原度。
技术原理:该技术是通过控制混凝土的流变性使其易于泵送不堵管、易于连续挤出不中断,控制混凝土的凝结时间使其在挤出成型后较快凝结硬化不发生变形或垮塌,从而实现打印建造的连续进行。
建造流程:混凝土配合比设计-混凝土制备-混凝土输送-布料打印成型-成品养护。
材料组成:普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、粉煤灰(可选)、硅灰(可选)、膨润土(可选)、砂、粘度改性剂、减水剂、纤维(可选)、水。
可建造性:湿胚强度高,可逐层堆叠成型,不发生变形或倒塌;
开放时间:凝结时间可调控,挤出前不会在泵管或打印头内硬化,挤出后强度发展快,可打印较高结构;
主要包括应用的工程类型、工程部位、应用场景等方面。
本技术可应用在以下工程中:房屋建筑原打印、建筑构配件工厂打印预制、异形结构建筑装饰艺术品、市政园林景观造型艺术品、道路工程隔音屏障、海岸线放浪提、河道护坡等。