选择性喷射打印成形水泥制品的工艺试验及性能分析开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

20世纪80年代美国发明了3D打印技术(3D-printing),并迅速得到推广。3D打印技术在世界范围内获得广泛关注与重视,英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一书中,将3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一,美国《时代》周刊将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”。3D打印也称为增材制造(Additive Manufacture,AM)[1,2],不同于传统的减材方式,其基本原理是由三维模型分层,增加材料并逐层叠加快速制造出任意复杂的三维实体。目前,该项技术已广泛应用于航空航天、建筑设计、卫生医疗、电子工业、食品制造和零部件加工工业等诸多领域,发展迅猛且具有广阔的市场前景。

长期以来,传统的建筑技术不够完善,不仅给环境带来了较为严重的破坏,还大大浪费了人力资源和社会资源。而随着时代的发展进步,人们对于新型建筑技术的要求越来越迫切。与传统建筑技术相比,3D打印建筑的优势主要体现在以下方面:更快的打印速度,更高的建筑效率;不再需要使用模板,可以大幅节约成本;更加绿色环保,减少建筑垃圾和建筑粉尘,降低噪声污染;减少建筑工人的使用,降低工人的劳动强度;设计空间更广阔,突破现行的设计理念。近年来,对3D打印建筑技术和材料的研究越来越多,3D打印建筑也随之蓬勃发展,其必将在未来建筑行业中有广阔的发展前景[3]

硅酸盐水泥混凝土是当代用量最大的土建材料。通过将国内外研究作对比可以发现,混凝土类材料不仅在传统建筑制造中是主要的使用材料之一,而且在新型的3D打印建筑领域里也是主要材料之一[4]。随着成型工艺和设备的不断发展,水泥基材料的3D打印在建筑行业中的应用将不断扩展和加深。

凝胶材料常用的3DP方法不需要任何特殊工具或模具来生产不同形状的结构,这是一大优势,因此可大大降低生产成本[5]。目前对于混凝土结构,在3DP领域中主要有两种不同的技术:挤出法和选择性粘结法。

挤出法的优点是可以快速制造大部件 [6,7]。这种方法必须解决的关键:混凝土必须有足够的流动性以用于挤压目的[ 8 ]但是足够坚固以承受上面印刷层的重量。轮廓工艺[9]描述了一种挤出方法,该方法将砂浆、水泥等混合材料通过喷头挤出,层层堆积打印墙体。选择性粘结法使用骨料颗粒,可倾倒材料由3D打印机喷嘴沉积然后渗透到颗粒床中。

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