Изучение отдельных проблем применения армирование в 3d печати бетоном

3D печать бетоном вызывает изменения в строительной промышленности, но как указывают некоторые эксперты, нам надо соблюдать осторожность, чтобы не допустить спешного развития, нарушая технологию. Одна особенность, о которой многие забывают – это то, что 3D печать бетоном требует применения определенного армирования, и до сих пор отсутствуют приемлемые способы решения этого вопроса. В новой статье под названием «Использование армирования в цифровом конструировании из бетона» группа исследователей обсуждает возможные способы армирования при 3D печати бетоном.

«Значительный прогресс был достигнут в сфере 3D печати без армирования в последние годы исследовательскими и промышленными организациями, производящими геометрически сложные структуры, а также инновационные, быстровозводимые строения массового использования» — утверждают исследователи. «Однако, исследования способов применения армирования в полностью автоматизированном цифровом конструировании ограничены навязанными решениями, являющимися до сих пор примитивными. … Поскольку применение армирования является обязательным во многих структурных приложениях, есть острая необходимость усовершенствовать технологию армирования при 3D печати структурных элементов».

Обсуждаются несколько возможных способов армирования, включая применение традиционных, фибровых или текстильных армирований при укладке бетона или между слоями бетона, напечатанными 3D методом; заполнение бетоном между стальным армированием; использование искусственно созданного армирования в качестве функциональной основы (несъемной опалубки), в которую бетон размещается впоследствии; напечать 3D методом, используя цементные смеси с подмешанной мелкой фиброй; и улучшенное промышленное производство средств армирования и бетона, «предпочтительно параллельно».

Исследователи также обсуждали Низкополигональные технологии, выражающиеся в том, что промышленный робот создает комплекс из ячеек свободной формы, которые действуют и как опора и как армирование.

Несмотря на оптимистичные концепты и прототипы, ни один из этих подходов не соответствует общему комплексу необходимых требований для широкого распространения цифрового строительства, соответственно, это требует дальнейшего развития, «продолжают исследователи». «Большинство утвержденных методик прерывистые, означающие, что печать бетоном и размещение армирования должны выполняться один за другим».

Различные методы цифрового строительства:

а) укладывание слоя методом экструзии;

b) низкополигональный подход;

с) схематическое изображение процесса умного динамического литья;

d) многочисленные форсунки, установленные для избирательного добавления связующего вещества, установленные в форме D.

Это означает, что потребуется больше времени на строительство и произойдет увеличение стоимости или потребуется дополнительное оборудование для установки армирования.

«Преднапряжение армирования, установленного в готовую конструкцию возможно только, если есть протяженные каналы, сформированные в процессе 3D печати, влияющие на геометрическую свободу форм», добавили они. В дальнейшем слабое соединение слоев может также являться легким способом перемещения агрессивных жидкостей и газов в напечатанных структурах. Это важно понимать, если в цифровом строительстве должно быть использовано стальное армирование, и увеличивается риск коррозии, если печатаются тонкие структуры свободной формы».

Другие обсуждаемые возможности включают смеси повышенной прочности на основе цемента (strain-hardening cement-based composites (SHCC)) и стальное армирование, напечатанное методом 3D, с использованием газовой дуговой сварки металлическим электродом (gas-metal arc welding (GMAW)). Обе эти перспективные технологии изучаются в настоящее время.

а) 3D печать путем выдавливания через сопло смеси на основе цемента;

b) часть зоны печати стены с 7 напечатанными слоями;

с) проведение тестов на прочность одноосного сжатия;

d) кривые напряженно-деформированного состояния для изделий, напечатанных смесью на основе цемента (SHCC);

e) разлом в поперечном сечении, показывающий как выраженное расположение волокна, так и определяемое экструзией преимущественное расположение волокон.

Иными словами, строительство методом 3D печати не такое простое, как кажется на первый взгляд, — вы не сможете просто создавать слои из неармированного цемента и рассчитывать, что создадите безопасное строение. Компании, печатающие здания методом 3D, подходят к армирования зданий креативно, но используют безопасные более прочные структуры. Эта статья доказывает, что методы, используемые для 3D печати бетоном несовершенны, но при дальнейшем развитии они могут стать более эффективными.

Перевод — Елена Данилюк

August 7, 2018 by Clare Scott 3D Printing

Authors of the paper include Venkatesh N. Nerella, Hiroki Ogura, and Viktor Mechtcherine.

Discuss this and other 3D printing topics at 3DPrintBoard.com or share your thoughts below.