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从“试验田”到“风向标”——走近世界首例原位3D打印双层示范建筑
2019-11-29 14:29:33来源:中国建设报    作者:查炎平 张文宇 马启迪 朱 冲

相信吗?未来,你有可能住进3D打印出来的房子。几天前,世界首例原位3D打印双层示范建筑成功完成主体打印,让听起来匪夷所思的事多了些真实感。同时,这标志着原位3D打印技术在建筑领域取得突破性进展。这也是世界首例原位3D打印双层示范建筑。

据介绍,一栋7.2米高、面积230平方米的双层办公楼,打印完成净用时不到60小时,建成后可用于办公和展示,房屋寿命可达30~50年,节约材料60%。

究竟,这房子是如何被打印出来的呢?

3D打印主要应用于主体施工阶段

打印机体、喷头、油墨、打印纸一样不能少

3D打印建筑的基本原理与一般打印机一样,要有打印机体、喷头、油墨、纸张。建筑物四周搭建的金属框架可被视作打印机的机体;在施工前,地下预埋了钢筋笼,相当于一般的打印纸;喷吐混凝土的打印头相当于打印机的喷头,但它喷出的“油墨”却不是一般的混凝土,而是需要特别配制的。“我们通过反复试验,在一般的混凝土砂浆中添加了外加剂,通过调节材料黏稠度和凝结时间,终于开发出了3D打印所需要的混凝土,而且它的强度能达到C40-C60,完全满足建筑强度的要求。”中国建筑技术中心材料工程研究所所长助理霍亮介绍说。

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3D打印技术主要用在房屋建造过程中的主体施工阶段。3D打印建筑喷吐混凝土和传统施工浇筑混凝土一样,要一次完成,不能间断。打印头通过一圈一圈连续喷吐宽5厘米、厚2.5厘米的打印材料,经过层层堆积建造墙面。目前,3D打印还无法打印钢筋,钢筋布置还需要依靠人工。

推动制造业数字化发展

原位3D打印是对现有施工技术的强有力补充

这座世界首例原位3D打印双层示范建筑的厉害之处主要在于“原位”二字。相较于过去的3D打印技术,它有3方面突破:一是原位打印,即现场直接将主体打印成型,无需二次拼装;二是采用轮廓工艺,即打印出的墙体是中空的,方便添加保暖填充物;三是首次将这项技术运用到双层建筑上,结构难度更大。虽然目前3D打印技术没有真正批量应用在建筑工程中,但原位3D打印技术的成功应用,无疑为3D打印技术在建筑领域的推广奠定了基础。它与现有施工技术是互补和相互依靠的关系,研发及应用这一技术不是要替代现有施工技术,而是将其作为对现有施工技术的一个强有力补充。

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“建筑3D打印技术是基于计算机智能控制实现建筑构件及建筑免模板的施工工艺,在曲面建筑和穹顶式建筑建造上具有明显优势,同时为设计师自由创作提供了可能。”中国建筑技术中心材料所所长张涛说。3D打印技术被认为将推动制造业的数字化发展,在3D打印的世界里,建筑师、工程师和建筑工人将借助科技之力,将建筑与3D打印结合,完成对现有建筑技术的再造。

与世界同步

中国3D打印技术亮相国际舞台引关注

这栋世界首例原位3D打印双层示范建筑是由中建股份技术中心和中建二局华南公司联合立项课题《建筑3D打印技术研究与应用示范》的展示工程。课题成立之初,建筑3D打印的研究刚刚起步。经过3年的技术攻关,完成了多种3D打印材料体系、架体结构、输料系统、控制软件的开发工作,实现了从无到有、从小到大的突破,获得建筑3D打印材料、设备类专利13项,软件著作权4项,专业著作1部,外观专利1项,全面引领国内学术领域的研究。

中国建筑技术中心主编的《混凝土3D打印技术规程》已经起草完毕,目前处于征求意见阶段;技术中心关于3D打印的相关研究成果先后在第27届澳大利亚混凝土会议和第69次RILEM技术交流会议上进行技术交流,在美国第31届固废技术与管理国际会议和第15届水泥化学国际会议上进行了主题报告,受到了国外专家的关注和高度认可。中国3D打印建筑水平被认为已与世界同步发展,在某些应用方面已超越国外同行。


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