新研究發(fā)現(xiàn)通過3D打印混凝土的厚度優(yōu)化可節(jié)省25％的材料
時間：2025-05-17 21:31 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2025年5月16日，法國研究團隊宣布在 3D 打印混凝土材料的可持續(xù)利用方面取得突破，引入了一種新穎的優(yōu)化框架，可在不影響結(jié)構(gòu)完整性的情況下減少高達(dá) 25% 的材料使用量。
這項研究由巴黎高科橋的 Romain Mesnil 博士領(lǐng)導(dǎo)，并以題為“Thickness optimisation in 3D printed concrete structures”的論文發(fā)表在《建筑自動化》雜志上，表明通過機器人速度動態(tài)調(diào)整的可變層厚度可以顯著減少混凝土殼體結(jié)構(gòu)增材制造中的打印時間和環(huán)境影響。
Mesnil博士說道：“這項研究表明，通過利用機器人打印的功能，我們可以超越固定的層設(shè)計，并根據(jù)數(shù)據(jù)做出決定，確定真正需要的材料。這是邁向更環(huán)保、更智能的建筑的一大進(jìn)步。”
3DCP工藝優(yōu)化的新維度
這項工作對3D 混凝土打印(3DCP)的現(xiàn)狀提出了挑戰(zhàn)，由于建模復(fù)雜性和缺乏實時優(yōu)化工具，大多數(shù)系統(tǒng)依賴于均勻的壁厚。研究團隊采用了一種基于殼單元的輕量級有限元分析（FEA）方法，在保持精度的同時縮短了計算時間。他們的框架包括一個將工藝參數(shù)與材料沉積連接起來的參數(shù)優(yōu)化程序、用于控制厚度梯度的貝塞爾樣條函數(shù)以及用于確保機械可靠性的集成數(shù)值分析。研究人員通過使用 XTreeE 的機械臂系統(tǒng)對復(fù)雜形狀進(jìn)行全尺寸打印實驗，驗證了他們的方法。
△文獻(xiàn)中提出的3DCP有限元建模。
主要創(chuàng)新包括：
-
將工藝參數(shù)（流速、噴嘴速度）與材料沉積曲線聯(lián)系起來的參數(shù)優(yōu)化程序。
-
使用貝塞爾樣條線來控制打印層的厚度漸變。
-
集成數(shù)值收斂分析確保機械可靠性，防止屈曲和失效。
-
通過使用 XTreeE 的 2K砂漿系統(tǒng)和機械臂對圓頂和沙漏殼等復(fù)雜形狀進(jìn)行全面打印實驗進(jìn)行驗證。
經(jīng)過多次測試表明，與傳統(tǒng)方法相比，可變厚度打印可減少高達(dá)25%的混凝土用量，并降低20%的成本。沙漏形測試結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出色，可變厚度設(shè)計在材料效率、時間和成本指標(biāo)方面均優(yōu)于恒定厚度設(shè)計。
可擴展的可持續(xù)建筑之路
這份優(yōu)化框架為制造商帶來了諸多潛在優(yōu)勢，包括減少碳排放、縮短打印時間，以及在平衡生產(chǎn)力和環(huán)境績效方面實現(xiàn)靈活性。為了便于應(yīng)用，研究人員開發(fā)了一種與常用參數(shù)化設(shè)計軟件 Grasshopper 和 Karamba 兼容的設(shè)計到打印工作流程，從而能夠集成到現(xiàn)有的設(shè)計環(huán)境中。
(責(zé)任編輯：admin)
上一篇：Fabric8Labs與AEWIN合作，將利用電化學(xué)增材制造技術(shù)生產(chǎn)熱管理器件
下一篇：Axtra3D推出集成HPS工藝的純硅膠3D打印生產(chǎn)設(shè)備，改變工業(yè)和醫(yī)療保健應(yīng)用格局
下一篇：Axtra3D推出集成HPS工藝的純硅膠3D打印生產(chǎn)設(shè)備，改變工業(yè)和醫(yī)療保健應(yīng)用格局
Fabric8Labs推出AI芯片定
Titomic又一合作，將與nuF
荷蘭公司將開設(shè)3D打印船舶
Chicago Additive推出AMOS
590MHz帶寬+超90%輻射效率
威斯康星大學(xué)麥迪遜分校工最新內(nèi)容
突破性生物3D打印
迪拜LEAP 71公司
3D生物打印構(gòu)建內(nèi)
《Small Science
南洋理工-劍橋大
清華大學(xué)：抗拉強熱點內(nèi)容
