包头3D打印

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突破你的想象-3D原位打印房子

更新时间: 2020-02-01 17:29:56  查看次数: 340    

盖房子能像打印机打印东西一样?如果不是亲眼所见,恐怕很难相信,眼前正在建设中的小楼,一楼墙面全部是由悬挂在空中的喷头“打印”出来的。日前,记者走进中建二局广东建设基地,探访世界首个3D原位打印二层示范建筑。记者看到,小楼四周搭建着高大的金属框架,悬挂在上面的打印头可以在XYZ轴三个方向上自由移动,通过喷吐混凝土材料“盖房”。


“3D打印建筑的基本原理与一般打印机一样,要有打印机体、喷头、油墨、纸张。”中国建筑技术中心材料工程研究所所长助理霍亮介绍说。如果把建筑四周搭建的金属框架视作打印机的机体,那么喷吐混凝土的打印头就相当于一般打印机的喷头,只不过它喷出的既不是油墨也不是一般的混凝土,而是为打印施工特别配制的打印材料。“就像炒菜会放盐和酱油一样,为了适应3D打印的特点,我们在建筑材料上做了一些调整。”霍亮说。


众所周知,传统的建筑施工中,混凝土砂浆的材料特性决定了其浇筑不能间断,要一次完成。3D打印建筑也同样不能间断,打印头通过一圈一圈连续喷吐宽5厘米、厚2.5厘米的打印材料,经过层层堆积建造墙面。但是问题来了,如果下层混凝土凝结慢,没有形成足够的强度,就无法支撑上层材料的重量,导致墙面变形甚至垮塌;如果凝结太快,又会出现和上层材料的黏合问题。“我们通过反复试验,在一般的混凝土中添加了外加剂,通过调节材料黏稠度和凝结时间,解决了这一问题。”霍亮说。


光有打印机、打印头和打印材料还不行,“纸张”也同样重要。“在施工前,我们在地下预埋了钢筋,这就相当于‘打印纸’,在打印过程中,随着墙体越来越高,工人趁着混凝土砂浆尚未凝固时可以像切蛋糕一样在墙体底部开洞,为墙体内的钢筋笼与地基中的钢筋焊接预留出空间,操作相当方便。”中建二局广东建设基地有限公司科技部副经理黄云说。记者爬上脚手架俯视墙面,发现墙体是中空的。“这是为了给未来的保温层等材料填充预留空间,3D打印建筑的墙体分内外两层打印,设备按照打印路径行进,打印完占地面积约120平方米的一楼墙面用时不到30小时,建造速度很快。”霍亮说。据了解,这栋即将整体完工的二层小楼位于工厂的钢材锻造车间旁,建成后将用于办公和展示。与3D打印建筑构件再拼装不同,3D原位打印需要克服户外环境变化带来的一系列挑战。“建筑周边有喷雾设施,用于打印中的保湿和打印后的混凝土养护,在一层打印完成后,至少需要养护3天时间,材料强度达到可进行下一阶段施工的条件。目前已安装完一楼楼顶,正在打印第二层。”霍亮说。


省时、高效、环保、设计自由度高,3D打印或成现有技术有益补充。熟悉建筑行业的人都知道,混凝土浇筑需要模板,但3D打印建筑的施工现场却没有。“从传统工艺特点来说,混凝土结构成型需要模具。尤其对曲面造型设计的建筑来说,不论是现场浇注成型,还是工厂预制构件,模具制造成本高且不易实现。而建筑3D打印技术是基于计算机智能控制实现建筑构件及建筑免模板的施工工艺,在曲面建筑和穹顶式建筑建造上具有明显优势,同时为设计师自由创作提供了可能。”中国建筑技术中心材料工程研究所所长张涛说。3D打印技术无疑将推动制造业的数字化发展,在3D打印的世界里,建筑师、工程师和建筑工人将借助科技之力,将建筑与3D打印结合,完成对现有建筑技术的再造。


除此之外,3D打印建筑还可大大节省建筑用料,降低施工成本。近年来,中国建筑能耗总量逐年上升,在能源总消费量中所占比例已从20世纪70年代末的10%,上升到27.45%。住房和城乡建设部建筑节能与科技司研究表明,随着城市化进程的加快和人民生活质量的提高,中国建筑耗能比例将上升至35%左右。建筑3D打印可以充分利用打印智能控制,使建筑一次成型,节约材料60%,同时可减少建造过程中的工艺损耗和能源消耗。