• Vigtigste
  • >
  • byer
  • >
  • Sådan udskriver du en bygning: videnskaben bag 3D-trykning i byggeri

Sådan udskriver du en bygning: videnskaben bag 3D-trykning i byggeri

Anonim

Det hævdes ofte, at 3D-trykning - kendt i handelen som "additivfremstilling" - vil ændre vores måde at leve på. Senest har et team fra Eindhoven University of Technology annonceret planer om at bygge "verdens første" beboelige 3D trykte huse. Men det er en ting at bygge små, prototype boliger i en park - det er helt andet for at kunne bruge additivfremstilling til store projekter i byggesektoren.

Additiv fremstilling bruger en kombination af materialer videnskab, arkitektur og design, beregning og robotik. Men på nogle måder er det ikke så futuristisk som det lyder. Den enkle tilgang til lagvis konstruktion - hvor byggematerialer er lagdelt oven på hinanden for at skabe en facade - er allerede blevet praktiseret i lang tid inden for byggesektoren, fx ved konventionelle teglstensteknik.

Den sande nyhed af additivproduktion ligger i dets evne til at kombinere nye, yderst effektive og bæredygtige materialer med arkitektonisk designsoftware og robotteknologi til at automatisere og forbedre processer, der allerede er blevet bevist manuelt. I denne forstand har additivproduktion mange potentielt banebrydende fordele for byggesektoren.

3D-udskrivning kan producere op til 30% mindre materialeaffald, bruge mindre energi og færre ressourcer, aktivere in situ produktion (som igen reducerer transportomkostninger), giver større arkitektonisk frihed og genererer færre CO₂-emissioner i hele produktets livscyklus.

Udskrivbare råmaterialer

Men der er stadig en vej at gå før additiv fremstillings teknologi kan levere på sit potentiale. Der er flere forskellige komponenter i additivproduktion, som hver især skal udvikles og raffineres, før processen med succes kan anvendes i storskala konstruktion.

En komponent er printbare råmaterialer - de materialer, der faktisk er "trykt" for at skabe det endelige produkt. Der er mange typer printbart råmateriale, men den mest relevante til storskala konstruktion er beton. Udskrivbare råmaterialer fremstilles typisk af en kombination af bulkmaterialer - såsom jord, sand, knust sten, ler og genbrugsmaterialer - blandet med et bindemiddel, såsom Portlandcement, flyveaske eller polymerer, såvel som andre additiver og kemiske midler til at tillade Betonen skal sætte hurtigere og fastholde sin form, så lagene kan deponeres hurtigt.

I et projekt arbejder jeg for tiden på Brunel University, vi fokuserer på at producere et printbart cementmateriale. For at skabe materialer til 3D-trykte konstruktioner, skal forskerne omhyggeligt kontrollere indstillingstiden for pastaen, stabiliteten af ​​de første lag og bindingen mellem lagene. Materialernes adfærd skal undersøges grundigt under en række forhold for at opnå en robust struktur, som kan tage fat.

Kombinationen af ​​cement, sand og andre tilsætningsstoffer skal være helt rigtigt, så råmaterialerne ikke sætter sig i printeren, og de må ikke holde sig våde for længe, ​​når de er blevet deponeret for at danne en struktur. Forskellige kvaliteter af råmateriale skal formuleres og udvikles, således at denne teknologi kan bruges til at opbygge en række forskellige strukturelle elementer, såsom bærende og storskala byggesten.

Byggesten

En anden komponent er printeren, som skal have en kraftig pumpe, der passer til fremstillingsskalaen i byggebranchen. Printerens tryk og strømningshastighed skal afprøves med forskellige typer råmaterialer. Hastigheden og størrelsen på printeren er nøglen til at opnå en god udskriftskvalitet: glat overflade, firkantede kanter og en ensartet bredde og højde for hvert lag.

Hvor hurtigt materialematerialerne deponeres - typisk målt i centimeter i timen - kan fremskynde eller sænke konstruktionen. At reducere indstillingstiden for råmaterialet betyder, at printeren kan arbejde hurtigere - men det sætter også råmaterialet i fare for hærdning inde i printersystemet. Tryksystemet bør optimeres for kontinuerligt at levere råmaterialerne i en konstant hastighed, så lagene kan smelte sammen jævnt.

Geometrien af ​​de producerede strukturer er det sidste stykke af puslespillet, når det kommer til at bruge 3D-tryk i byggeri. Når printeren og råmaterialet er korrekt konfigureret, vil de være i stand til at producere byggeblokke i fuld størrelse med en smart geometri, som kan tage fat uden forstærkninger. Forbindelsestabiliteten af ​​de trusslignende filamenter i disse blokke er en vigtig del af trykket, hvilket giver styrke og stivhed til de trykte genstande.

Denne trekantede tilgang til tilpasning af additivfremstilling til byggeri kan revolutionere branchen inden for de næste ti til 15 år. Men før det kan ske, skal forskerne finjustere blandingsforholdene for råmaterialerne og forfine et tryksystem, der kan klare den hurtige fremstilling af byggesten. Først da kan potentialet ved 3D-udskrivning udnyttes til at bygge hurtigere og mere bæredygtigt end nogensinde før.

Forrige Artikel «
Næste Artikel