受龍蝦殼啟發的圖案可以支持更復雜和更具創意的建筑結構。*新研究表明，受龍蝦殼啟發的圖案可以使3D打印混凝土更堅固，從而支持更復雜和更具創意的建筑結構。

 

 

　　3D混凝土印刷（3DCP）等數字制造技術具有巨大的潛力，可以節省時間，精力和建筑材料。他們還承諾將突破建筑創新的界限，但是在使3D打印混凝土足夠堅固以用于更自由形式的結構中時，仍然存在技術挑戰。

 

　　在*項新的實驗研究中，RMIT大學的研究人員著眼于龍蝦殼的自然強度來設計特殊的3D打印圖案。它們的仿生螺旋圖案提高了3D打印混凝土的整體耐用性，并能夠在需要時將強度精確地指向結構支撐。當團隊將扭曲圖案與鋼纖維增強的特殊混凝土混合在*起時，所得到的材料比傳統的混凝土更堅固。*席研究員Jonathan Tran博士說 3D打印和增材制造 為提高效率和創造力開辟了建筑業的機會。

 

 

　　RMIT結構材料和設計高*講師Tran說：“ 3D混凝土打印技術具有徹底改變建筑業的真正潛力，我們的目標是使這種轉變更加緊密。我們的研究探討了不同的印刷方式如何影響3D打印混凝土的結構完整性，并*次揭示了3DCP中采用生物啟發方法的好處。我們知道，像龍蝦外骨骼這樣的天然材料已經在數百萬年的時間內演變成高性能的結構，因此，通過模仿它們的關鍵優勢，我們可以在自然界已經創新的地方效仿。”

 

　　建筑3D打印

 

　　混凝土建筑的自動化將改變我們的建筑方式，在自動化和數據驅動的革命中，建筑將成為工業4.0的下*個前沿*域。3D混凝土打印機通過逐層沉積材料來建造房屋或制造結構部件，這與在模具中澆筑混凝土的傳統方法不同。

 

　　借助*新技術，可以在短短24小時內對房屋進行3D打印，而成本僅約為成本的*半，而***個3D打印社區的建設始于2019年在墨西哥開始。新興行業已經在支持建筑和工程創新，例如迪拜的3D打印辦公樓，馬德里的仿自然混凝土橋以及荷蘭的帆狀“歐洲建筑”。RMIT工程學院的研究團隊專注于3D打印混凝土，探索通過印刷圖案設計，材料選擇，建模，設計優化和加固選項的不同組合來增強成品的方法。

 

　　印刷圖案

 

　　3D打印中使用的*常規圖案是單向的，其中各層以平行線相互疊放。在3D打印和增材制造專刊上 發表的這項新研究 調查了不同印刷圖案對鋼纖維增強混凝土強度的影響。

 

　　RMIT團隊*前的研究發現，在混凝土混合物中加入1-2％的鋼纖維可以減少缺陷和孔隙率，提高強度。纖維還幫助混凝土盡早硬化而不會變形，從而可以建造更高的結構。

 

　　該團隊測試了以螺旋形圖案（受龍蝦殼的內部結構啟發），交叉層和準各向同性圖案（類似于用于層壓復合結構和逐層沉積復合材料的模式）印刷混凝土的影響，以及標準的單向模式。

 

　　支持復雜的結構

 

　　結果顯示，與單向打印相比，每種模式的強度都有所提高，但是Tran說，螺旋模式*有可能支持復雜的3D打印混凝土結構。

 

　　他說：“由于龍蝦殼自然結實且自然彎曲，我們知道這可以幫助我們提供更堅固的混凝土形狀，例如拱形，流動或扭曲的結構。”

 

　　“這項工作尚處于初期階段，因此我們需要進*步的研究，以測試混凝土如何在更廣泛的參數范圍內發揮作用，但我們的初步實驗結果表明我們走在正確的軌道上。”

 

　　*近，RMIT收購了新型大型移動混凝土3D打印機，以支持進*步的研究-這使它成為南半球**調試此類機器的研究機構。該團隊將使用5×5m機器人打印機研究房屋，建筑物和大型結構部件的3D打印。該團隊還將使用該機器探索用回收的廢料（例如軟塑料骨料）制成的混凝土進行3D打印的潛力。

 

　　這項工作與行業合作伙伴Replas和SR Engineering的*個新項目有關，該項目專注于用消費后回收的軟塑料和混凝土制成的隔音墻，*近獲得了澳大利亞政府創新連接資助。