混凝土3D 打印技术研究现状探讨与分析.pdf

2 0 1 5 年 第 5期 (总 第 3 0 7 期) Nu m b e r 5 i n 2 0 1 5( T o t a l N o 3 0 7) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T 王 EORETI CAL RES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 5 0 1 6 混凝土 3 D打印技术研 究现状探讨 与分析 蒋佳宁。高育欣，吴雄， 黄义雄 ( 中建商品混凝土有限公司， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 ) 摘要 ： 3 D打印技术作为传统制造技术的补充， 在个性化定制、 复杂模 型器件成型加工及节能环保方面有着不可忽视的优势。 混凝土3 D打印技术以混凝土为打印材料 ， 将建筑模型导出为 S T L文件并转化为 G代码 ， 使用混凝土3 D打印机 ， 最终实现了建 筑物打印。 这一研究热点目前还存在不足 ， 针对该技术目前存在的主要问题 ， 提出了相应 的对策 ， 最后对该技术的发展趋势进行 了预测 。 关键词： 3 D打印； 混凝土制造业； 建筑工业化 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 6 2 0 4 Re s e a r c h s t a t u s a n d p r ob le m a n a l y s is o f 3 D p r i n t i n g c o n c r e t e J I ANG J i a n i n g，GAO Yu x J n，WU Xi o n g， HUANG Yi x i o n g ( C h i n a Co n s t r u c t i o n R e a d y Mi x e d C o n c r e t e C o ， L t d， Wu h a n 4 3 0 0 7 4， C h i n a ) Abs t r a c t： As a s u p p l e me n t o f t r a d i t i o n a l ma n u f a c t u ring t e c h no l o g y， 3 D p rin tin g t e c h n o l o gy h a s n o ti c e a b l e a d v a n t a g e s i n p e r s o n a l i z a t i o n c u s t o mi z a ti o n， f o r mi n g a c o mp l e x mo d e l d e v i c e a n d e n e r g y c o n s e r v a tio n The c o n c r e t e 3D p rin t i n g t e c h n o l o g y us e s c o n c r e t e f o r p rin t i n g ma t e ria l s ， d e riv e s t h e S TL f i l e f r o m the b u i l d i n g mo d e l a n d tran s l a t e s i n t o G c o d e， f ina l l y r e a l i z e s p rin ti ng t he b u i l d i ng b y c o n c r e t e 3D p rin ter Be c a u s e o f th i s r e s e a r c h h o t s p ot e x i s ti n g m a ny pr o b l e m s a t pr e s e n t ， we an a l y z e the m a i n p r o b l e m s o f t he t e c h n o l o g y c u r r e n t l y， a n d p u t f o r wa r d t h e c o r r e s po n d i n g c o u n t e r m e a s u r e， fin a l l y the d e v e l o p me n t t r e n d o f thi s t e c h n o l o g y i s f o r e c a s t e d Ke y wor ds： 3 D p rin t i n g； c o nc r e t e manu f a c t u r i n g i n d us t r y； b u i l din g i n d u s t r i ali z a t i o n 1 技术背景 3 D打印技术， 属于增材制造技术 的类别 ， 通过材料逐 层叠加 的方式完成实体部件的制造技术 。 运用该技术在生 产制造 时， 无需模 具 ， 设计性 强 ， 能大 大缩短 产品研 制周 期 ， 降本增效 ， 最适合 于制造异 型构件 和小批 量生产 中。 1 9 8 6年 ， 查尔斯 赫尔成立 3 D S y s t e ms 公 司， 并将 3 D打 印技术商 用至 今 已有二 十多 年 ， 3 D 打印机 已 经能 够在 0 0 1 mm的单层精度下打印分辨率达到 6 0 0 d p i 。 不仅仅 打印技术 自身在进步 ， 打印材料也在不断研发 ， 工艺不 断 更新换代 ， 目前 3 D打印技术主要包括 ： 熔融沉积成型技术 ( F D M) 是 3 D打印技术 中应用最广泛的一种， 热塑性塑料 如 聚乳 酸纤 维 ( P L A) 、 聚丙烯 一丁 二烯 一苯 乙烯 塑 料 ( A B S ) 等 ， 通过熔融沉积( F D M) 打印塑料部件 ； 金属粉末 通过选择性激光烧结 ( S L S ) 将粉末熔化成 型， 该工艺制造 的产品与传统工艺下 的性能无异 ； 光固化技术 ( S L A) 用紫 外线照射光固化树脂来完成三维部件 ； 粉末层喷头三维打 印( 3 D P ) 原材料为陶瓷粉末 ， 在预定 的打 印层上涂上 黏结 剂， 通过移动的铺粉辊将粉体横向铺平在打印层水平面 上， 通过缸体升降精确控制打印面， 重复以上步骤完成黏 结剂与粉末 的相互黏结 ， 从而完成粉体打印成型。 新型 3 D 打印技术不断面世， 随着建筑行业的发展， 混凝土 3 D打印 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 1 8 6 2 技术应运而生。 3 D打印技术对比传统技术优势如表 1 所示 。 表 1 3 D打印与传统技术效率对比 2研 究现 状 将混凝土作为 3 D打 印原材料 ， 是 3 D 打印技术 的拓 展 ， 更是建筑领域 的一 种革新。 将 3 D打 印技术 与建筑行 业相结合 ， 大大节约人工成本 ， 就近 取材 ， 物流费用缩 减 ， 近期 目标可以打印复杂预制部件及批量生产房屋 ， 远期来 看个性化定制房屋也成为可能 ， 最重要 的是建造时间大大 缩短， 与建筑工业化的理念不谋而合。 国外相关 技 术发 展较 快 ， 首 座 3 D 打印建 筑 有望 于 2 0 1 4年完工 。 2 0 1 2年 ， 英 国拉夫堡大学的 R i c h a r d B u s w e l l 教授等人 与国 际知名 建筑 设计 公 司英 国福 斯特 事 务所 ( F o s t e r + P a r t n e r ) 合作研发 出一种新 型的混凝 土 3 D打 印 技术 ， 使用 3 D打印机为 3轴龙门式 ， 使用材料为挤 出性能 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4发展趋势 4 1 打印机 制造技 术的发展 混凝土 3 D打印机应 以实际工作环境 来设计 ， 针对打 印对 象 的不 同， 将分为小 型 、 中型、 巨型 3 D打印机 。 小型 3 D打印机打 印尺寸在 1 - 2 m， 生产环境 应在生产 车间或 类似环境 ， 主要打 印对象 为个性化预制部件 、 小批量 常规 部件或造型工艺品 ； 中型 3 D打印机打印尺寸为数十米 ， 以 打印墙面板 、 楼梯面板为主 ， 配合人工辅助就地生产建筑 ， 以平房或低层小面积建筑为主 ； 巨型 3 D打 印机应 为可拆 卸式 ， 打印尺寸根据组成零 件可扩充至数百米 ， 主体结 构 由龙 门式改为塔 吊式 ， 设备在工地安装并根据打印进度进 行调整 ， 能完成高层建筑和大面积建筑的生产制造。 4 2 B I M技 术的 实施者 B I M 技术被称 为建筑行业的发展新方 向， 是 以软件技 术模拟建筑真实属性 ， 将建筑物信 息化存 储 、 传递 的新概 念。 通过 B I M 技术 ， 可 以查询到建筑 物全生命周期 内的各 个信息， 如材料性能、 几何形状、 工程进度等 。 同样依赖 于计算机这一特点 ， 给了 3 D打印技术与 B 1 M 技术互通 的 完美平台。 3 D打印的建模部分需要 B I M 核心建模 软件 的 支持 ， B I M 建模软件又能通过 3 D 打印技术分毫不差地完 成数字化 到实体化这一过程 ， 如果说 B I M 技术是偏重交 互设计的， 那么 3 D打印技术就是 为建造而生 。 可以说 ， 3 D 打印技术与 B I M 技术是相辅相成 ， 相生相益的。 5 总结 混凝土 3 D打印技术仍处在发展初期 ， 面临着设备 、 材 料及工艺带来的一系列 问题 ， 3 D打印技术 的兴 起是实现 建筑工业化的一个 良好途径 ， 通过技术 高度 集成 、 生产高 度 自动化 、 资源最 大利用化 ， 可 以将粗放 的传统建 筑行业 改造成绿色生态 的高新行业 。 混凝土 3 D打 印技术 的前 瞻 性 ， 注定该技术 的成 熟应用到普及推广仍需 时 日， 自动化 生产带来 的便利性和高效性值得我们 去深入研究探索。 参考文献 ： 1 张楠， 李飞3 D打印技术的发展与应用对未来产品设计的影响 J 柳树股计， 2 0 1 3 ( 7 ) ： 9 7 9 9 2 3华镕 3 D打印与制造业 J 仪器仪表标准化与计量， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 1 82 O E 3 3 D i n i ， E n r i c o P r i n t i n g b u i l d i n g s E J 3 B l u e p ri n t S i d c u p 2 0 1 0 ， 2 8 8 ： 3 241 - 4 - 施来发 首批 3 D打印建筑亮相上海 N 中国建材报 ， 2 0 1 4 0 4 0 3 ( 1 ) 5 L E T T， A US T I N S A， L I M S R， e t a 1 Mi x d e s i g n a n d f r e s h p r o p e r t i e s f o r h i g h p e rf o r ma n c e p ri n t i n g c o n c r e t e E J Ma t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 01 2， 4 5： 1 2 21 1 2 3 2 6 李福平， 邓春林 ， 万晶 3 D打 印建筑技术与商品混凝土行业展 望 J 混凝土世界， 2 0 1 3 ( 3 ) ： 2 8 2 9 E 7 - 1美国国家 B I M 标准第一版第一部分： N a ti o n a l i n s t i t u t e o f b u i d i n g s c i e n c e s， un i t e d s t a t e s n a t i o n a l b u i l d i n g i nf o r ma t i o n mo d e l i n g s t a n d a r d 。 v e r s i o n 1 一 P a r t 1 r s 第一作者： 蒋佳宁( 1 9 8 8一 ) ， 男 ， 硕士研究生 ， 研发员， 研究方向： 高性能混凝土技术研发。 联 系地址： 湖北省武汉市洪山区珞狮南路 2 4 8号 中建三局技术 中心大楼 2 1 1 室( 4 3 0 0 7 0 ) 联系电话： 1 5 9 7 2 1 9 6 0 9 8 _ 藿 曩 蜀 口 北 京 保 障 房 承 包 商 推 荐 名 录 首 发8 5 家 混 凝 土 企 业 入 选 2 1日， 记者从北京市住建委了解到 ， 北京市首次发 布 北京市保 障性安居 工程预拌混凝土承包商 ( 站点) 推荐名 录 ( 2 0 1 5 年度 ) 。 首批推荐名录包括 8 5 家承包商 。即日起 ， 提倡保 障性安居工程施工企业从推荐名 录中选择预拌混凝土承包商 ， 这 项措施意味着全市保障房和 自住房项 目混凝土质量监管 ， 政府和行业协会将再多设一道监督岗。 据北京市住建委相关负责人表示 ， 发布推荐名录， 旨在遏制混凝土行业 的恶性竞争行为 ， 企业签署行业 自律公约 ， 严 格 自律 ， 使保障房更有保障。 负责人称 ， 列入推荐名录的企业 ， 将签署 承诺 书 ， 监 理驻厂监管 。如发现有严重 问题 的， 随时将 其从推荐名 录 中清 出。一年内因偷工减料 、 使用不合格建材等问题受到行政处罚 的企业 ， 不接受其进入承包商推荐名录 的申请。其 中违反 资质管理规定受到行政处罚 ， 申请材料隐瞒真相 、 弄虚作假 ， 发生工程质量事故的企业 ， 终身不接受其进入 承包商推荐名 录的申请。对未使用推荐名录站点的工程 ， 将其列入差别化监管 目录， 加大检查力度和频次 。 据北京市住建委相关负责人介绍 ， 首批入围的 8 5家混凝土企业 ， 是北京市混凝土协会在企业 申请的基础上 ， 按照企 业过去的信用记录 ， 以及年生产能力 ， 企业负责人 、 技术负责人和试验室负责人职称及专业技术考试成绩等进行打分排 序 ， 将排名前 8 5 位 的预拌混凝土企业作为 2 0 1 5年度推荐名录。今后 ， 北京市混凝土协会还将每年对名 录进行一次考核 排序 。对于其他未进入名录的企业 ， 混凝 土行业协会将 根据混凝土企业的信用状况动态评 比调整名录 ， 以此促进行业的 良性竞争。 ( 京华时报 ) 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m