建筑3D打印中的水泥材料和纤维砂浆

    Pshtiwan Nasruldeen Shakor最近向悉尼科技大学工程与信息技术学院土木与环境工程学院提交了题为《 3D打印中的水泥材料和纤维增强砂浆的研究》的论文。Shakor继续探索3D打印在建筑行业中的发展趋势，着重强调了诸如更快的速度，可负担的价格以及设计的自由度等功能；但是，作者仍然指出，建筑业在“实际3D打印机的开发方面仍然落后”。

    粉末型3D打印机的示意图，其中包括流动性，润湿性，粉末床孔隙率和样品中的孔隙率之间的关系。

    Shakor在研究3D打印中的混凝土和砂浆时指出，传统上，混凝土浇铸以制造模具既费时又昂贵，需要许多标准化元素。这种方****对重复和超尺寸的元素产生影响。缺乏形式自由是另一个限制。尽管存在这些不利因素，但合理的施工流程却使加固的结构构件变得非常有效。成本和材料在生产过程中浪费的挑战依然存在，尤其是当模具无法重复使用时。生产过程中过度构造的成员是另一个限制。

    许多自由形式的元素都是现场浇筑的，尽管现浇混凝土的质量很难控制（Elhag等人，2008）。因此，高性能混凝土构件是在受控环境中准备的。这些预制构件是标准化建筑系统的一部分，因为以后需要运输的产品尺寸有限。在建筑用3D打印中也面临挑战，这还因为没有太多可用的材料。同样，由于许多3D打印机的局限性，在需要时可能难以进行大规模打印。

    Shakor讨论了以下事实：WinSun用于制造大型建筑部件，并在3D打印机的辅助下使用机械臂，并使用独特的混合材料：混合设计和使用粗骨料是混凝土3D打印的另一个挑战。例如，WinSun公司在其3D打印应用程序中仅使用精细的水泥材料而没有粗骨料。”

建筑领域增材制造技术的比较
    虽然建筑中使用各种不同的方法进行3D打印，但主要比较包括根据分辨率的性能，生产速度以及所用材料的性能。“喷墨打印的局限性之一是高孔隙率，它使样品更易碎和渗透性强（即水很容易通过它），因此，需要额外的后处理，例如加热或加压水蒸汽固化（Dik****等人，2018）。”
 

    混合比例。 （2015年）
    在使用混凝土或砂浆进行3D打印的传送系统中，打印对象的可泵送性和可成形性至关重要。作者探索了以下类型的系统：
.适应性螺旋挤出机
.蠕动泵
.螺杆泵

成功印刷的最终印刷品产生稳定的砂浆和适度的坍落度浆料。螺旋输送器的问题难以始终如一地推出物料。

使用直径为7.9mm的蠕动泵印刷的水泥砂浆。

使用20毫米圆形喷嘴的螺杆泵的产品

    WinSun在大规模打印方面再次受到重视，但是Shakor指出，由于“异地构造”零件，3D打印的脆性问题以及无法集成到电气中，他们在工作中遇到了许多挑战和水暖系统。 Total Kustom遇到过喷嘴问题，而WASP（尤其以其与Shamballa的整体乡村概念而闻名）遇到了零件强度方面的问题。比较了ZP 151粉末和水泥砂浆，并在拉伸和弯曲强度测试中对3D打印零件进行了研究和评估。研究人员还比较了使用和不使用纤维增强材料的砂浆的机械性能。

Z打印机粉末，OPC，CAC以及CAC和OPC组合的粒度分布
    强度测试的结果表明，样品的抗压强度随饱和度的增加而增加。Shakor说：“这与通过手工将水泥与水混合而获得的结果完全不同，后者导致在高w / c（饱和度）比下强度降低。”

3DP立方样品与碳酸锂的抗压强度。 

    对于手工混合的样品，较低的水比例可以提高强度。

    Shakor说：“在将饱和度比率转换为w / c比率后，在所有饱和度水平上进行了测试。”当饱和度增加时，研究人员还发现3D打印样品的孔隙率降低。在S170-C340-LW下，样品的饱和度变化时，记录的孔隙率最小。

    使用玻璃纤维的印刷样品的机械性能，例如材料的应变和延展性，在将载荷施加到印刷样品上时表现出改善。这项研究还发现并提出了机器人的末端执行器速度与浆料排出量和印刷线宽之间的关系。在3DP中将机械臂与纤维增强一起使用，是传统结构构造方法的替代选择。实际上，这是创建具有复杂几何形状的结构的有效方法。这项研究还有助于理解理想的混凝土或砂浆混合料设计，这些设计对于此类应用而言是合适的，可持续的和环保的。