机器人3D打印建筑的打印路径规划方法探索

3D打印混凝土已然成为引领建筑行业走向智能化的重要技术手段。从打印路径规划的视角展示当下常用的3D混凝土打印方式,探索变曲面打印与间层打印两种用以实现复杂形态的新方法,并对机械臂打印路径规划在智能建造领域中的应用前景做出展望。

打印路径与黏结面特性对3D打印混凝土梁承载力的影响研究

3D打印建筑技术是将3D打印技术应用于建筑领域的新型数字化建造技术,是以信息集成技术与数字化制造技术深度融合为特征的智能建造模式,这种模式具有智能化、个性化、低排放等一系列优点,是未来建筑的理想建造模式。目前3D打印建筑技术的发展与应用还处于初级阶段,对于各类3D打印建筑构件力学性能的研究较少。文章以课题组先前3D打印混凝土梁试验为原型,建立有限元模型,并进行进一步的参数分析,重点分析打印路径、黏结面(3D打印混凝土外框与核心区混凝土)特性对3D打印混凝土梁承载力的影响。研究表明:所建立的3D打印混凝土梁数值模型具有较高的可靠性,荷载–位移曲线与试验结果基本吻合;采用回转型打印路径的梁具有较高的承载力;现浇核心区与3D打印外框之间的黏结特性对梁承载能力具有显著的影响,提高黏结面的黏结强度可以有效地提高3D打印混凝土梁的极限承载力。

打印路径对玄武岩纤维增强聚乳酸3D打印板材耐冲击性能的影响

以聚乳酸(PLA)为基体,玄武岩纤维(BF)为增强体,采用熔融沉积(FDM)3D打印技术制备了玄武岩纤维增强PLA复合板材。测试了不同3D打印路径的BF/PLA复合板材的低速冲击性能,探讨了3D打印轨迹对BF/PLA复合板材耐冲击性能的影响。试验结果表明:打印路径对BF/PLA复合板材的耐冲击性能影响较大,单一打印路径的试样受到冲击后容易产生基体开裂,打印路径为±45°的试样受到冲击时,基体中的纤维能承受更多的载荷,抗冲击性能较好。

熔融沉积法3D打印制备多孔氧化锆陶瓷

以氧化锆粉为主要原料,采用基于螺杆挤出的熔融沉积法在4种打印路径(单线、网格、单线+矩形、网格+矩形)下3D打印制备了孔隙率均分别为15%、25%、35%、45%的多孔氧化锆陶瓷。对多孔陶瓷的孔壁、打印层间结合、孔结构等进行了显微结构分析,并检测压缩强度。结果表明:1)采用熔融沉积法可以3D打印制备孔壁结构致密、孔形状保持良好的多孔陶瓷;2)低孔隙率时,多孔氧化锆陶瓷的应力-应变曲线呈弹性阶段,无坍塌阶段,随着孔隙率升高,出现明显的坍塌阶段;3)在相同孔隙率下,混合路径制备的多孔陶瓷的压缩强度比单一路径的更高,当孔隙率为15%时,单线+矩形路径打印的多孔陶瓷的压缩强度最高,达到271 MPa。

水泥基材料3D打印人工鱼礁建造技术研究

从技术性、经济性、生态效应等方面分析了水泥基材料3D打印技术用于人工鱼礁建造的可行性,对比分析了水泥基材料3D打印人工鱼礁与传统模板建造工艺在生产效率、成本结构及经济环境效益方面的差异。并以某人工鱼礁建造工程为背景,制定了具体的3D打印预制块制造方案,进行了工程造价计算。结果表明,与传统模板建造工艺相比,3D打印工艺在建造成本以及工期方面分别节省和缩短了12.21%和26.00%。

3D打印测试盒U形扣盖模型的热应力分析

建立试剂检测盒U形扣盖(ABS材料)打印模型,对其结构进行热应力分析。应用Solidworks建立了该扣盖的结构模型,通过有限元分析软件对2种打印路径生成的打印模型施加温度分布载荷。对比2种打印路径生成模型的热应力分布情况,提出合理的打印路径优选方案。

基于有限元分析的晶格化打印建造与优化研究

近年来机械臂打印建造进步迅速,在建筑领域中也有长足发展。然而机械臂平台晶格化打印的系统依然面临着打印大尺寸建筑构件及建筑物整体打印成型的现实需求。文章首先采用Rhino Vault工具和Karamba3D有限元优化软件建构了壳体构件;然后通过壳体构件的变截面优化以及应用晶格化分段打印的方法,为大尺寸壳体形态构件提供了一套从设计到建造的完整流程;最后通过打印建造试验进行了验证。其目标是提高大尺寸壳体晶格化打印的结构可行性,以期为建筑师在数字设计与建造一体化方面的探索提供借鉴。

马氏体不锈钢电弧增材制造工艺优化及焊缝几何特征

马氏体不锈钢作为一种常用的金属,在工业领域及日常生活中有着广泛的应用。但传统的加工方法在制备马氏体不锈钢构件时会产生诸多缺陷,如气孔、织构等。电弧增材制造技术作为一种新兴的先进加工方法,在实现大型金属构件快速近净成形方面有着巨大优势和潜力。通过研究马氏体不锈钢的电弧增材制造技术,焦点集中在焊接工艺和焊缝几何特征的优化。通过系列焊接参数试验,得到了AISI 420不锈钢的最优焊接参数,包括单道焊电流、电压、焊速,搭接焊道的覆盖率以及层间抬升量;建立了焊接参数与焊道几何尺寸的预测模型;最后,研究了振荡沉积路径和直线沉积路径两种打印策略对打印效率的影响。

3D打印陶砂轻质混凝土的制备与力学性能测试

3D打印混凝土在土木建筑领域取得了迅速的发展和应用,利用陶砂制备3D打印混凝土材料有利于提升打印结构的轻量化。本文首先研究了陶砂的物理性质,配制了5种不同陶砂掺量的混凝土,结合流动性与早期刚度测试结果,确定了满足挤出型3D打印的最优配合比。其次借助自行研发的3D打印机制备了4种不同路径的立方体试件和棱柱体试件,评估了打印路径对3D打印结构抗压、抗弯和劈裂力学性能的影响。试验结果为拓展陶砂材料的资源化利用,3D打印结构的设计与工程应用提供了试验数据和参考。