混凝土3D打印机的工作原理与应用

近年来，增材制造（3D打印）在建筑行业中的作用变得越来越重要，混凝土3D打印机在建筑中逐渐得到普及。

但是，尽管混凝土3D打印机相对于传统制造方法具有多种优势，但目前想要使用它们还是相当昂贵的。混凝土3D打印机具有更快，更便宜，更安全，更高效等特点，它不仅能产生最少的浪费，而且还能大大减少人工成本。此外，通过使用混凝土3D打印机，可以显着提高回弹力和几何复杂度来进行施工。

标准的混凝土3D打印机的工作原理与FDM 3D打印机非常相似，两者均基于挤压工艺。首先使用3D建模软件创建3D数字模型，然后将模型切割并转换为G代码，该代码将引导打印头，并将泵送的物料逐层沉积在混凝土搅拌机中，直到生产出最终零件为止。典型的混凝土3D打印机通常由机械臂组成，其一端连接到打印头，另一端连接到龙门或类似起重机的机械臂系统。3D打印机的构建体积，打印分辨率，实用性和效率将取决于系统、技术、制造商和预期的应用。


混凝土和龙门架3D打印机

术语“机架”在此对应于支撑打印机的结构。尽管这种类型的混凝土3D打印机是商业建筑项目的普遍选择，但由于其尺寸和便携性有限以及组装和拆卸所需的技术，因此很少用于较小的项目。这种类型的3D打印机通常根据由x，y和z轴组成的笛卡尔坐标系工作。x轴是使打印机前后移动的导轨的长度，而y轴是承载打印头和连接支柱的导轨的长度，这些导轨又由z轴定义并上下移动。

例如，图标的3D打印机Vulcan II就是在这个基础上工作的。打印机的体积为260 x 850 x 260厘米，重量约为1.7吨，打印机高约2.5米，宽约8.5米。该机器仅使用ICON的专利混凝土Lavacrete。像大多数大型混凝土3D打印机一样，Vulcan II也很昂贵，价格不到25万美元。尽管有这项投资，但要知道增材制造可以大大降低建筑成本，在2019年，ICON的打印机设法在短短24小时内就以不到4,000美元的价格建造了一座房屋。


基于机械臂的机器

具有机械化或机械化臂式混凝土3D打印机由类似起重机的结构支撑，并且通常在6个轴上运行。这意味着与龙门机床相比，可以以更高的分辨率创建更复杂的几何形状和零件。这种类型的3D打印机还具有提高便携性和紧凑性的优势，因此更易于安装和拆卸。从历史上看，这些机器的制造量是有限的，但是最近的发展使机器能够以更大的制造量进行开发，可以与龙门打印机媲美。机械臂式打印机往往比龙门式打印机贵。


俄罗斯初创企业apis cor在2017年登上了几家报纸的头版头条，它成功地在24小时内用机械臂3d打印机建造了一座38平方米的房子。该项目在莫斯科进行，成本仅为10,000美元。两年后，该公司利用其获专利的增材制造技术成功地在迪拜建造了世界上最大的3D打印建筑，再次成为头条新闻。

混凝土3D打印机未来发展如何？

目前市场上使用混凝土3D打印机建造建筑只局限在墙壁和地基上；一旦机器停止工作，仍然需要大量的工作要做。当然，这也不能说3D技术没有对工业产生重大影响。特别是在过去的十年里，几家专门从事混凝土3D打印的建筑公司应运而生。丹麦COBOD公司使用其BOD2门式混凝土3D打印机建造了德国第一座3D打印住宅楼。从那时起，它宣布了一个三层住宅楼的项目，该项目已经开始建设，占地380平方米。混凝土3D打印机已被用于世界各地的住宅建设，包括比利时、德国、迪拜、摩洛哥和法国，在丹麦还驻有一个办事处。


混凝土3D打印技术的飞速发展带来了数项令人印象深刻的创新。例如，特温特增材制造（TAM）结合了龙门和机械臂系统，以构建9轴打印机，包括3D打印机的标准6轴以及龙门系统的附加笛卡尔坐标轴和旋转轴。其中，许多进步在诸如住房危机和自然资源保护等问题上具有重要的全球应用。