Sự tiến hóa của việc in 3D trong việc xây dựng

Hành trình xây dựng thêm trong kỹ thuật dân sự bắt đầu với những thí nghiệm đầu tiên trong những năm 1980, khi dàn âm thanh lần đầu tiên được chứng minh bằng cách tạo ra từng lớp một. Khu vực xây dựng đầu tiên đã sử dụng 3D để in nhanh chóng mẫu, tạo ra các mẫu quy mô và tạo ra các mẫu giả lập. bởi khoảng 10- 1000 hệ thống âm thanh đã tăng cường khả năng in các thành phần xây dựng quy mô lớn. ngày nay, công nghệ đã trưởng thành thành thành thạo để cung cấp toàn bộ hệ thống, cầu, và thậm chí có thể ở, với tốc độ in 10 mét/ phút và độ tốt như 5 mm.

Công nghệ tương đối vận hành thêm sản xuất trong việc xây dựng

In đã mở rộng

Phương pháp thông thường nhất để in bê tông 3D sử dụng một vật liệu tự động hoặc máy móc dẫn đường bằng vòi phun xi măng. Vật liệu này được gửi vào những lớp được điều khiển mà không có khớp lạnh. Các công ty như [FLT: 0]ICON [FLT: 1] [FLT:] đã chứng minh nhà in trong 24 giờ bằng kỹ thuật này.

Máy bay ném đá và máy bay ném bom

Các hệ thống dựa trên chất thải áp dụng một chất kết dính lỏng vào một lớp bột mỏng (và đồ gốm, hoặc chất chuyển hóa, dùng để làm các hạt có chọn lọc để tạo ra các cấu trúc địa lý phức tạp. những phương pháp này tạo ra các thành phần có độ phân giải cao nhưng cần phải xử lý nhiệt độ để có được sức mạnh cấu trúc.

Name

Vũ khí công nghiệp robot (v. d., KUKA, ABB) trang bị những người Extruder chuyên biệt cung cấp 6 trục tự do in ra các hình không phải là chim bồ câu, các cấu trúc cong và cong không có vật liệu hỗ trợ. Tính linh hoạt này có giá trị cho các mặt tiền kiến trúc và các yếu tố cầu tùy chỉnh.

Các lợi ích chính được hỗ trợ bởi dữ liệu kỹ thuật

Lợi thế của việc in 3D trong ngành kỹ thuật dân sự không chỉ là lý thuyết mà còn là kết quả của dự án.

Ứng dụng qua tiểu sử kỹ thuật dân sự

Những tòa nhà có thẩm quyền và thương mại

Toàn bộ các bức tường, nền tảng và hệ thống phân vùng được in trên các tấm bảng trước hôn nhân, và được in ở những nơi có giá trị cao, nơi mà công nhân và vận chuyển của InCON có giá trị cao.

Cầu nối và đi bộ trên đường

Cây cầu thép MX3D ở Amsterdam, được in bởi 6 trục rô bốt và hàn từ thép không gỉ, cho thấy việc sản xuất thêm chất thép không rỉ. Các cầu nối giữa các nhà đi bộ đã được in bởi COBOD và We xây dựng ở châu Âu, với các khoảng cách lên đến 30 mét. Cây cầu [FLT: 0] Cầu MX3D bao gồm các cảm biến tích hợp cho việc giám sát sức khỏe cấu trúc thời gian thực.

Sửa chữa cấu trúc và phần riêng

In 3D vượt trội trong việc sản xuất các thành phần sửa chữa không chuẩn cho cơ sở hạ tầng lão hóa. và nắp cống có thể được in theo nhu cầu, giảm thời gian từ tuần này sang giờ khác. ở Nhật, các phần bê tông được in ra đã được dùng để phục hồi các bức tường biển với độ cong phức tạp.

Mô hình kiến trúc và công việc làm

Máy in cát quy mô lớn sản xuất mô hình kiến trúc chi tiết cho việc thử nghiệm đường hầm gió và trình diễn khách hàng. Thêm vào đó, làm mẫu 3D cho các yếu tố bê tông tùy chỉnh (v. d., bảng cầu vồng, vỏ sườn) cho phép kiến trúc sư thực hiện các công trình địa lý phức tạp mà không cần công nghệ mộc truyền thống.

Nghiên cứu về ảnh hưởng trên thế giới thực

Hệ thống Vulcan của ICON ở Châu Mỹ La - tinh

Văn phòng lưu trữ các tổ chức phi lợi nhuận cho phép in 50 ngôi nhà ở vùng nông thôn Mexico sử dụng máy in Vulcan II của họ. mỗi căn nhà rộng 500 feet vuông được in dưới 24 giờ với bê tông được cấp nguồn điện địa phương. các cuộc khảo sát sau khi tiêm chủng cho thấy nhiệt độ bên trong ổn định và tiết kiệm được 35% so với việc xây dựng thợ nề truyền thống.

COBOD BD2 ở Châu Âu

Máy in của COBOD2 đã tạo ra một tòa nhà ba tầng ở Copenhagen, Đan Mạch, với những ống dẫn in và được kết hợp với nhau.

Cầu thép MX3D

Cây cầu đi bộ 12 mét ở Amsterdam, kênh Achterburgwal được in bởi 6 trục rô bốt bằng cách hàn cung kim loại bằng hơi. kiểm tra cho thấy khả năng chịu tải quá mức cần thiết đến 40% thiết kế của cây cầu giảm đi đến 60% so với một trục thép thông thường.

Những thử thách đang đối mặt với sự gia tăng rộng rãi

Những sự rèn luyện vật chất

bê tông hiện tại thường thiếu chất kết dính sợi hoặc cần thêm quyền sở hữu để đạt được khả năng chống lại và khả năng in. Sự kết hợp thép vẫn khó khăn; một số khoảng trống in sau các thanh phóng hay dùng các sợi được in ra, nhưng các cuộc thử nghiệm sức mạnh của trái phiếu cho thấy tính biến đổi. các chất lượng địa lý và xi măng dựa trên sinh học cung cấp các dấu chân carbon thấp hơn nhưng có tăng cường sức mạnh.

Tỷ lệ và hạn chế vận chuyển

Máy in Ganry cần một dấu chân ổn định có thể lớn hơn cấu trúc được xây dựng, hạn chế ứng dụng trong các địa điểm đô thị được điều khiển. Cánh tay robot di động có giới hạn (thường là 3–4 mét), việc in nhiều tầng phụ thuộc vào việc định vị lai con cần thiết phải được lắp đặt sẵn trong các cơ sở điều khiển, giảm lợi ích khi cần thiết.

Các mật mã xây dựng và chứng nhận

Phần lớn các mã xây dựng được viết theo các phương pháp xây dựng thông thường. Phụ thuộc vào cấu trúc 3D thường đòi hỏi sự nghiên cứu cân bằng, kiểm tra hiệu suất và đánh giá ngang hàng. Hội đồng Điều luật Quốc tế (ICC) đã khởi động phát triển tiêu chuẩn (v. d., AC509), nhưng việc nhận nuôi không đều nhau trên các thẩm quyền. Các nhà biên soạn bảo hiểm vẫn thận trọng, và một số dự án đòi hỏi sự giám sát cấu trúc phần ba.

Chi phí tiêu thụ năng lượng và trang bị

Máy in công nghiệp tiêu thụ 20–40 kW trong khi hoạt động. Giá mua của một máy in định dạng lớn vượt quá 300 ngàn đô la, với thêm chi phí cho việc vận chuyển, chuẩn bị nơi Mạng và xử lý vật liệu. Đối với các dự án nhỏ, việc sử dụng thiết bị mô phỏng có thể bù đắp tiền tiết kiệm lao động.

Khả năng bền vững và dấu chân môi trường

In 3D có thể giảm bớt dấu chân của carbon do 30–50% thông qua vật liệu thấp hơn, loại bỏ gỗ mẫu và giảm phương tiện vận chuyển các thành phần nặng. Công nghệ cũng cho phép sử dụng vật liệu phân hủy rác: phá hủy bê tông, tro bay và tái chế thủy tinh được tạo thành gỗ có thể in được. Nghiên cứu tại [FLT: 0] Theo ý kiến, việc thay thế xi măng bằng bột tái chế, vẫn duy trì được chất nén trong khi thải CO2.

Tuy nhiên, cường độ năng lượng của việc in và các bon chứa trong hỗn hợp xi măng nhanh cần phải được tính toán. Các đánh giá vòng đời cho thấy lợi ích của mạng lưới là tích cực khi tiết kiệm vật chất vượt quá 25%, ngưỡng mà phần lớn các thiết kế tối ưu đáp ứng. Khả năng in các hình dạng với sự kết hợp và các kênh thông gió tăng hiệu suất hoạt động.

Hướng đến việc xây dựng tự động trong tương lai

Các vật liệu in thông minh

Các bê tông tự chữa lành chứa vi khuẩn có kích thước tập hợp hoặc các chất liệu có dạng mô phỏng đang được thích nghi với việc in 3D. Những vật liệu này có thể tự động sửa chữa các vết nứt được khởi động bởi nhiệt độ hoặc tải chu kỳ. vật liệu thay đổi giai đoạn kết hợp vào các bức tường in có thể quản lý nhiệt độ trong nhà bị động.

In vào lúc sáng mà không cần trang trí

Những máy in lên cao khi mỗi câu chuyện được hoàn thành đang được phát triển bởi một số người mới bắt đầu. những hệ thống này sẽ tránh cần cần cần cần cần trục và giàn giáo bên ngoài, cho phép xây dựng nhanh chóng các tòa nhà trung tâm. một mẫu thử nghiệm từ trường đại học Nans in một tòa tháp ba tầng với một dây leo ở tốc độ một tầng mỗi ngày.

Hợp nhất với BIM và Al

Việc xây dựng Trình mô hình thông tin (BIM) có thể tạo ra các bộ công cụ in trực tiếp từ mô hình kiến trúc, giảm lỗi dịch dữ liệu. Các thuật toán trí tuệ nhân tạo tối ưu hoá trình tự in để giảm bớt cấp độ nóng, cấp làm mát thời gian, và các yêu cầu cấu trúc hỗ trợ. [FLT: 0] Tự động [FLT: 1] đã phát triển các bổ sung khâu dữ liệu BIM sang điều khiển máy, cho phép cấu trúc phức tạp để cấu trúc hình học.

Sự phân loại và biến đổi

Mô hình kinh doanh gần nhất có thể được sắp xếp trước để lắp đặt các bảng in lớn trong nhà máy, sau đó lắp ráp chúng trên các điểm với cần trục và bu lông. phương pháp này kết hợp độ chính xác của in 3D với tốc độ của xây dựng mô- tơ. những người nhận dạng thời gian đầu tiên cho biết giảm 30% so với việc in ở vùng có sẵn.

Kết luận

In 3D đã tiến xa hơn cả việc thực nghiệm minh chứng ngoại cảm trong thực tế, vào ứng dụng kỹ thuật công nghệ thực tế mà cung cấp những lợi ích có thể đo lường được trong hiệu quả vật chất, tốc độ xây dựng và tự do thiết kế. trong khi thách thức về sự certification vật chất, quy mô và việc xây dựng mã hóa vẫn còn, những tiến bộ trong hệ thống máy móc và hóa học cụ thể đang giải quyết những vấn đề về cổ chai. các kỹ sư tích hợp sản xuất vào thiết kế và các dòng công việc xây dựng sẽ có lợi thế cạnh tranh về chi phí, sự bền vững và khả năng hình học.