混凝土3D列印擠出裝置的設計

1. 3D列印版「趙州橋」亮相天津，人可以在上面行走嗎

坐落於河北省石家莊市的趙州橋是世界上現存最早、保存最好的弧形單孔敞肩型石拱橋，距今已有1400多年的歷史。令人萬萬沒想到的是天津居然也有趙州橋了！10月13日下午，裝配式混凝土3D列印趙州橋落成典禮在河北工業大學北辰校區舉行。3D列印的趙州橋矗立在河北工業大學北辰校區東北方向的景觀河上，呈灰白色，不時有學生拾級而上、在橋上來往通行。

上海也有一座「趙州橋」。今年，1月12日，一座3D列印的混凝土步行橋在上海智慧灣科創園落成。該步行橋全長26.3米，寬3.6米，橋梁結構借取了中國古代趙州橋的結構方式，採用單拱結構承受荷載，拱腳間距14.4米。在該橋梁進入實際列印施工之前，進行了1∶4縮尺實材橋梁破壞試驗，其強度可滿足站滿行人的荷載要求。

該工程由清華大學（建築學院）—中南置地數字建築研究中心徐衛國教授團隊設計研發，並與上海智慧灣投資管理有限公司共同建造，在這座橋誕生之前，世界上已有兩座3D列印混凝土橋。一座在荷蘭海默特，全長8米，寬3.5米，橫跨在一條水渠上。另一座在西班牙卡斯蒂利亞的公園里，全長12米，寬1.75米。

2. 什麼是3d列印建築

3d列印建築，就是用大型的以混凝土為材料的列印機，通過噴頭擠出混凝土層層疊加，列印房子的過程。發幾張太空灰3d建築列印房子的照片了解一下。

3. 三D列印機 列印房子的原理

3D列印機列印的原理：

3D列印機一種累積製造技術，即快速成形技術的一種機器，它是一種數字模型文件為基礎，運用特殊蠟材、粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過列印一層層的粘合材料來製造三維的物體。

現階段三維列印機被用來製造產品，逐層列印的方式來構造物體的技術，3D列印機的原理是把數據和原料放進3D列印機中，機器會按照程序把產品一層層造出來。

3D列印機堆疊薄層的形式有多種多樣，3D列印機與傳統列印機最大的區別在於它使用的「墨水」是實實在在的原材料，堆疊薄層的形式有多種多樣，可用於列印的介質種類多樣，從繁多的塑料到金屬、陶瓷以及橡膠類物質。

3D列印機優點：成本低、速度快、精度高、保護環境霍什內維斯稱使用該工藝不僅造價便宜、快速建造，而且保護環境。因為它的建設造價和材料大幅度降低。

(3)混凝土3D列印擠出裝置的設計擴展閱讀：

3D列印機（3D Printers）簡稱（3DP）是一位名為恩里科·迪尼（Enrico Dini）的發明家設計的一種神奇的列印機，不僅可以「列印」一幢完整的建築，甚至可以在航天飛船中給宇航員列印任何所需的物品的形狀。但是3D列印出來的是物體的模型，不能列印出物體的功能。

發展簡史

發展年表

3D列印思想起源於19世紀末的美國，並在20世紀80年代得以發展和推廣。3D列印是科技融合體模型中最新的高「維度」的體現之一。

19世紀末，美國研究出了的照相雕塑和地貌成形技術，隨後產生了列印技術的3D列印核心製造思想。

20世紀80年代以前，三維列印機數量很少，大多集中在「科學怪人」和電子產品愛好者手中。主要用來列印像珠寶、玩具、工具、廚房用品之類的東西。

甚至有汽車專家列印出了汽車零部件，然後根據塑料模型去訂制真正市面上買到的零部件。

1979年，美國科學家RF Housholder獲得類似「快速成型」技術的專利，但沒有被商業化。

20世紀80年代已有雛形，其學名為「快速成型」。20世紀80年代中期，SLS被在美國得克薩斯州大學奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開發出來並獲得專利，項目由DARPA贊助的。

到20世紀80年代後期，美國科學家發明了一種可列印出三維效果的列印機，並已將其成功推向市場，3D列印技術發展成熟並被廣泛應用。

普通列印機能列印一些報告等平面紙張資料。而這種最新發明的列印機，它不僅使立體物品的造價降低，且激發了人們的想像力。未來3D列印機的應用將會更加廣泛。

1995年，麻省理工創造了「三維列印」一詞，當時的畢業生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨列印機方案，變為把約束溶劑擠壓到粉末狀的解決方案，而不是把墨水擠壓在紙張上的方案。

2003年以來三維列印機的銷售逐漸擴大，價格也開始下降。

研發產品

家用3D列印機

德國發布了一款迄今為止最高速的納米級別微型3d列印機——Photonic Professional GT。 這款Photonic Professional GT 3D列印機，能製作納米級別的微型結構，以最高的解析度，快速的列印寬度，列印出不超過人類頭發直徑的三維物體。

最小的3D列印機

世上最小的3D列印機來自維也納技術大學，由其化學研究員和機械工程師研製。這款迷你3D列印機只有大裝牛奶盒大小，重量約3.3磅（約1.5公斤），造價1200歐元（約1.1萬元人民幣）。

相比於其他的列印技術，這款3D列印機的成本大大降低。研發人員還在對列印機進行材料和技術的進一步實驗，希望能夠早日面世。

最大的3D列印機

華中科技大學史玉升科研團隊經過十多年努力，實現重大突破，研發出全球最大的「3D列印機」。這一「3D列印機」可加工零件長寬最大尺寸均達到1.2米。

從理論上說，只要長寬尺寸小於1.2米的零件（高度無需限制），都可通過這部機器「列印」出來。

這項技術將復雜的零件製造變為簡單的由下至上的二維疊加，大大降低了設計與製造的復雜度，讓一些傳統方式無法加工的奇異結構製造變得快捷，一些復雜鑄件的生產由傳統的3個月縮短到10天左右。

大連理工大學參與研發的最大加工尺寸達1.8米的世界最大激光3D列印機進入調試階段，其採用「輪廓線掃描」的獨特技術路線，可以製作大型工業樣件及結構復雜的鑄造模具。

這種基於「輪廓失效」的激光三維列印方法已獲得兩項國家發明專利。該激光3D列印機只需列印零件每一層的輪廓線，使輪廓線上砂子的覆膜樹脂碳化失效，再按照常規方法在180℃加熱爐內將列印過的砂子加熱固化和後處理剝離，就可以得到原型件或鑄模。

這種列印方法的加工時間與零件的表面積成正比，大大提升列印效率，列印速度可達到一般3D列印的5—15倍。

彩印3D列印機

2013年5月上市了這種類型的3D列印機新產品「ProJet x60」系列。ProJet品牌主要有四種造型方法的裝置。

其餘三種均是使用光硬化性樹脂的類型，包括用激光硬化光硬化性樹脂液面的類型、從噴嘴噴出光硬化性樹脂後照射光進行硬化的類型（這種類型的造型材料還可以使用蠟）、向薄膜上的光硬化性樹脂照射經過掩模的光的類型。

高端機型ProJet 660Pro和ProJet 860Pro可以使用CMYK（青色、洋紅、黃色、黑色）4種顏色的粘合劑，實現600萬色以上的顏色ProJet 260C和ProJet 460Plus使用CMY三種顏色的粘合劑）。

3D列印機器人

2013年11月23日，西安電子科技大學展出3D列印機器人，這是一台遠程體感控制服務機器人，最主要的功能是照顧老人。很多老人行動不便，有了機器人助手，只要對著攝像頭做出手勢，機器人就能模仿動作去做家務。

參考資料：網路-3d列印機

4. 擠出、壓延、吹塑、壓制、吸塑（真空成型）和滾塑成型是什麼

VPI硅膠真空成型工藝，可以有效降低氣味、減少廢料，不僅操作簡便，一學就會，還能優化生產環境，從根本上解決問題！

它具有以下優點：
①改善工作環境，減少污染，保障人員健康；
②提高生產效率；
③提高產品質量；
④減少廢棄物；
⑤降低綜合成本。

VPI硅膠真空成型生產工藝流程：
（1）准備好表面干凈、乾燥、光亮的玻璃鋼模具，塗覆脫模產品；
（2）根據產品要求，噴塗對應膠衣；
（3）待膠衣指干後，根據產品需求，進行纖維增強材料鋪層；
（4）完成鋪層後，用可重復使用的硅膠真空袋覆蓋填充好；
（5）啟動真空設備，抽取硅膠內空氣，直至真空狀態；
（6）將填充管接通至真空管，真空導入專用樹脂及對應樹脂量，樹脂固化過程中，持保壓狀態；
（7）待樹脂固化後關閉真空設備，取開硅膠模；
（8）完成製品脫模。

某細分行業標桿客戶，經過慎重考慮後，選擇VPI硅膠真空成型工藝，由博皓技術人員，全程為客戶進行專業指導。博皓還有很多這樣的客戶案例。

復合材料行業是一個朝陽行業，輕質高強、涉及面廣，但同時，它也存在短板，如廢料處理問題、氣味、粉塵問題、生產環境惡劣等。這些問題如果沒有妥善解決，勢必會影響企業未來的發展。（廣東博皓是一家復合材料行業整體解決方案服務商，致力於為客戶提供更為完善的復合材料產品解決方案，更為頂尖的復合材料工藝及技術服務，更為先進的復合材料模具設計與製造。）

5. 3D列印在建築領域有怎樣的運用

很多建築模型方面的應用，這個我就不多說了，一般都用作表現模型，高端大氣國際化。主要說說在建築設計和施工領域的一些例子。3維列印用來蓋房子，個人以為最基本困難只有一個：尺寸。2維列印大家都常用，一個最根本的常識就是，輸出尺寸越大，列印機本身就越大。很明顯，列印機的噴頭活動范圍要能夠覆蓋全幅的輸出尺寸，那麼必然會大一圈。在3維列印領域，這意味著：列印機需要比你的豪宅大一圈。針對列印機尺寸這個問題，我看到的主要有三個解決方向：

1. 全尺寸列印。來狠的，就是往大了造，所謂人有多大膽，地有多大產。他們的機器一個比一個大，所以也比較糙。09年在倫敦聽過他們的講座，談到他們當年已經成功的把列印dpi（每英寸像素數）從6提高到8，下一年的目標是12。笑噴了。這個方向的限制很明顯：機器越大越難製造，更重要的是機器越大，列印精度和列印速度就會越差。所以現階段的單一列印主要是解決3d列印房屋的一些基本問題：材料，控制，精度等。

2. 分段組裝式列印。建築模塊化，在工廠里每塊列印好，最後一起現場組裝。好處是解決了房子尺寸的限制，缺點是現場的組裝工作又涉及到勞動密集型，提高了成本。他們的一個原型房屋，正在准備做全尺寸的，由廠家贊助。別看結構花里胡哨跟盤絲洞似的，其實是分段列印現場裝配的。所以材料的選擇和結構的輕量化（可以減低現場人工）成為要點。

3. 群組機器人集合列印裝配。我個人比較看好的方式。就是一堆小機器人跟蜜蜂似的共同執行任務（比如列印一整個房屋）。

6. 3D列印建築的技術簡介

美國南加州大學工業與系統工程教授比洛克·霍什內維斯一直在研究一種新工藝。這種新工藝使列印技術在不到20小時的時間內建造一幢面積2500平方英尺的建築。該項目獲得美國宇航局和美國軍方的支持和資助。霍什內維斯相信他的項目可以幫助全大約10億世界急需改善住房條件的人提供足夠住房。他把該工藝稱為「輪廊工藝」，並且很希望在將來某天看到成為現實。
「輪廊工藝「的概念在設計上很簡單，但是實施起來相當復雜。該工藝由一個巨型的三維擠出機械構成。它的操作很像我們見到的列印機操作原理，不過有一個明顯不同的地方：它擠出是混凝土。
在「輪廊工藝」系統的擠壓頭上使用齒輪傳動裝置來為房屋創建基礎和牆壁。它的原理跟使用泥造磚極戎相似，建成的建築能夠抵擋地震和其他自然災害。霍什內維斯稱使用該工藝不僅造價便宜、快速建造，而且對環境友好，建設造價和材料大幅度降低。
隨著3D列印技術的完善，越來越多的物品都可以由3D列印完成。截至2013年1月，這些3D列印而成的產品都是小件物體。不過，3D列印的潛力遠不止可以生產DIY的家居物品這么簡單。實際上，這項技術甚至可以徹底顛覆傳統的建築行業。2013年1月，一位荷蘭的建築師就表示他要用3D列印技術建造一棟建築。
24小時列印10間房
據《北京青年報》21日稱，此次列印出的房子不大，最高不過兩層，面積也就十來個平方，牆體呈現出年輪蛋糕的結構，由一層層水泥材料堆疊而成，每層大約2厘米高。
與眾不同的牆體，其實是用一種特殊的「油墨」，根據電腦設計圖紙和方案，在現場層層疊加「噴繪」而成。至於列印過程中的玄機，這項技術的發明者，上海盈創裝飾集團的董事長馬義和說，這是他們眼下的最高機密。不過從拍攝的列印現場視頻片段可以看到，一隻巨大噴頭像奶油裱花一樣源源不斷噴出灰色油墨，油墨呈「Z」字形排列，層層疊加，很快便砌起了一面高牆。
之後，牆與牆之間還可像搭積木一樣壘起來，再用鋼筋水泥進行二次「列印」灌注，連成一體。馬義和介紹，整個列印過程，只需要一張圖紙、一台電腦、就地取材製造的足夠「油墨」，就可以在24小時內列印出10幢200平方米建築。
列印機底面積堪比籃球場
列印一張A4紙的列印機，體積已經不小，要列印一幢房子，該要一台多大的列印機？上海盈創裝飾集團稱，高6.6米、寬10米、長32米的列印機，底面佔地面積足有一個籃球場那麼大，高度足有三層樓高。且列印機長度還可以延伸，完全拉開足有150米長。馬義和前幾年對它完成了設計研發，然後全球定製零部件，最終在蘇州工廠組裝而成。這次現身青浦的3D列印房屋，就是在蘇州列印好後搬運到上海的。
「用3D列印機來造房，是世界各國建築師的夢想。此前，俄羅斯曾發布一幢3D列印建築，但他們的原理是列印一個個像樂高積木一樣的配件，然後通過組裝做成建築的牆體；荷蘭列印了一個景觀房建築叫莫比烏斯環，是通過用沙子和黏合劑的方式列印若干個模塊進行組裝，最終，也沒有列印出完整的房子。而有了這台列印機，就可以就地取材，製造列印『油墨』，打出整棟房子。」馬義和稱。
「油墨」取材於建築垃圾
在大多數人概念中，油墨肯定是液體的，「水」怎麼造房子，能住人嗎？馬義和表示，「油墨」是一種經過特殊玻璃纖維強化處理的混凝土材料，其強度和使用年限大大高於鋼筋混凝土。「空心牆體不但大大減輕了建築本身重量，還可以隨意填充保溫材料，並可任意設計牆體結構，一次性解決牆體的承重結構問題，因此無論是橋梁、簡易工房、劇院，還是賓館和居民住宅，其建築體的強度和牢度都符合且高於國家建築行業標准。」而「油墨」擠出後會很快凝固，保證列印機能連續列印。
馬義和說，「如果是整棟25層的住宅樓，只要打好地基，僅十天半月即可完成整棟樓的建築框架。之後安裝好門窗，排好各類電線管道，再由列印機列印出整體的復合地板和傢具，業主一個多月就可拎包入住」 ；「現在，你看中了外灘的哪棟建築，或者喜歡全球哪套品牌傢具，只要用照相機拍下來，將設計圖紙輸入電腦，很快就可拷貝不走樣地列印出來。」
3D列印優勢：環保且成本低
列印建築牢度怎樣，能用多少年？如果在將來推出3D列印住宅，有人會買嗎？
面對這些疑問，馬義和回答說，在他眼裡，3D列印不僅是一種全新的建築方式，更是一種顛覆傳統的建築模式。它更加堅固耐用、保護環境、高效、節能，不僅解放人力，還能大大降低建造成本。據他介紹，3D列印最大亮點就是把建築垃圾再利用，同時讓新建建築不會產出新的建築垃圾。「今後建築工地不會再是一片狼藉，城市空氣質量也會得到改善。」
與傳統建築行業相比，3D列印的建築不但建材質量可靠，還可節約建築材料30%-60%、縮短工期50%-70%、減少人工50%-80%……據他測算，列印至少能使建築成本降低50%以上，讓更多人住得起房子。不過，新型「油墨」列印的建築，其剛度、強度和耐久性等綜合性能還待進一步驗證。
建築專家質疑原材料
創新值得肯定，但3D列印住宅還有很長的路要走。
因青浦列印建築的亮相，這一周來馬義和成為建築業內的關注熱點。而他的下一步計劃，將在全國尋找合作方，在全國間隔300公里范圍內建100家夢工廠，今後就地取材，就地製造油墨，就地列印。不過，對於如此大手筆的規劃，似乎也有人表示了擔憂。有專家表示，雖然在理論上運轉良好，但當規模變大後，可能會突然失效。在很長的時間里，3D列印房屋可能只會用在一些臨時建築上。
同濟大學建築系教授來增祥同樣表示，3D列印在建築新材料開拓和建築工藝上的創新探索值得稱贊，不過3D列印房屋要真正普及，恐怕還需斟酌。比如該3D列印「油墨」的構成主要是高標號水泥和玻璃纖維。而據他所知，某些國家禁止建築物大量使用玻璃纖維，因為玻璃纖維會影響人體呼吸系統。高強度水泥未來的回收也有困難，目前我國高層住宅普遍使用的是鋼筋混凝土或全鋼結構，其中鋼鐵可以回收，因此傳統建築材料在未來的一段時期內依舊有很大優勢。此外，建築不光有外在的形態，特別是人居住宅，更需要對內部結構、綜合強度、剛度、防火性、使用年限等多方面進行綜合考量。來增祥認為「油墨」的承載力強度、耐久性等各項指標是否符合標准，還有待專家和有關部門的權威檢測和認證。