ЗНАЧОК – 3D-технологии

Автоматизация строительства бетонной стены, напечатанной на 3D-принтере, с использованием захвата для перемычки

Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Абстрактные

Разработки в области автоматизации строительных процессов, наблюдаемые в последние годы, направлены на ускорение возведения зданий и сооружений. Аддитивное производство с использованием бетонных смесей является одной из наиболее перспективных технологий в этом отношении. 3D-печать бетона позволяет создавать структуру путем экструзии смеси слой за слоем. Тем не менее, смесь изначально имеет низкую способность передавать нагрузки, что может быть особенно проблематичным в случае внешних компонентов, которые необходимо разместить сверху, таких как сборные перемычки или балки перекрытий. В данной статье описывается применение технологии аддитивного производства при изготовлении модели стены здания, в которой дверной проем был отделан автоматической установкой перемычки. В ходе исследования корректируется дизайн стены и процесс печати с учетом реологических и механических свойств свежего бетона, а также требований к дизайну Еврокода. В статье показано, что процесс можно точно спланировать и как можно смоделировать рост напряжения в свежем бетоне в зависимости от развиваемого уровня прочности. Выводы, сделанные в результате этого исследования, будут полезны при проектировании более крупных гражданских сооружений. Кроме того, также представлены неблагоприятные последствия усадки бетона для конструкций вместе с соответствующими методами контроля.

1. Введение

То, что четвертая промышленная революция уже произошла, утверждается в различных источниках [1]. Он был определен с точки зрения интеграции интеллектуальных машин и систем и внесения изменений в производственные процессы, направленных на повышение производительности и повышение гибкости переналадки. Изменения, вызванные Индустрией 4.0, касаются не только технологий, но и новых методов работы и ролей вовлеченных людей. В частности, дальнейшие разработки окажут влияние на такие области, как искусственный интеллект, робототехника, Интернет вещей, аддитивное производство, нанотехнологии и инженерия материалов. Вышеуказанные технологии послужили инициаторами разработки инновационных решений в строительной сфере [2,3,4,5], которые связаны с цифровой обработкой новых материалов и технологий и автоматизированным строительством зданий и сооружений [6]. XNUMX].

Читайте также:

Что такое георешетки?

Исследователи уделяют особое внимание технологии аддитивного производства, которая может полностью изменить методы строительства с использованием бетона и цементных растворов. При таком подходе смешанный материал дозируется точно в заранее определенные места через сопло печатающей головки. Печатающая головка движется в трехмерном пространстве по запрограммированной траектории, слой за слоем выстраивая спроектированную структуру [3]. Используются различные типы 2D-принтеров, включая декартовых роботов [3], роботов-манипуляторов [7,8,9] и дельта-роботов [10,11,12]. С помощью этой технологии уже было изготовлено несколько объектов как для целей демонстрации, так и для практического использования [13,14]. В большинстве случаев над дверными и оконными проемами использовалась деревянная опалубка для поддержки уложенного свежего бетона [15,16,17,18,19, 20,21,22,23, 1, 24] (рис. XNUMX). Однако печатные машины также могут использоваться для возведения сборных элементов, в том числе перемычек, балок перекрытий и других конструктивных элементов [XNUMX]. В этих случаях принтер должен быть снабжен соответствующими захватами, способными работать с такими компонентами.

Использование деревянной опалубки для производства строительных элементов с применением аддитивной технологии производства: (a) Печатная стена ICON [20], (b) конструкция стартапа Be More 3D [21], (c) перемычка в оконном проеме 3D-печатного здания WASP [22], (d) Дом SQ4D, напечатанный на 3D-принтере [23].

При аддитивном производстве конструкций первостепенное значение имеет обеспечение соотношения между увеличением нагрузки, вызванной дополнительными печатными слоями, и ростом прочности слоев, уже нанесенных в процессе отверждения. С этой точки зрения важно определить соответствующую скорость экструзии, которая позволяет получить достаточную прочность для каждого слоя к тому времени, когда печатающая головка возвращается в исходное положение, слой должен выдерживать нагрузку, создаваемую нанесенным слоем. наверху.

Задача 3D-печати состоит в том, чтобы получить смесь с желаемыми реологическими свойствами [3,25,26,27,28,29,30,31, 3, 3,25,26,30,31,32, 26,32, 0.3, 0.9, 27, 4.77]. Ввиду отсутствия стандартов оценки пригодности смесей для 33D-печати многие исследовательские центры разработали собственные методики [60]. Смеси оценивают по экструдируемости, компонуемости, текучести, открытому времени; т. е. параметры, важные для обеспечения надлежащего процесса печати. Различные исследовательские группы использовали разные подходы к оценке несущих свойств свежей смеси. Ле и др. [35] оценивают реологические свойства высокопрочного бетона с помощью теста на сдвиговую лопатку, который определяет прочность на сдвиг. Смеси с пределом прочности при сдвиге в диапазоне от 34 до 35 кПа являются подходящими с точки зрения экструдируемости и пригодности для сборки. Другая группа [60] оценивает пригодность смеси для испытаний на стабильность формы, которая определяет деформацию цилиндрического образца при напряжении 120 кПа при испытании на сжатие. Другой подход имитирует печатный слой в тестах [32,34,35,36]. На цилиндрический образец диаметром XNUMX мм и высотой XNUMX мм накладывалась нагрузка через определенные промежутки времени, отражающая последовательные слои, отпечатанные в реальной структуре. Испытание позволяет определить время, по истечении которого слои разрушатся под действием нагрузки. Некоторые из них, аналогичные тем, которые используются в испытаниях на механику грунта, также применялись, включая испытание на одноосное неограниченное сжатие [XNUMX] и испытание на прямой сдвиг. В исследовании [XNUMX] для исследования использовался цилиндрический образец диаметром XNUMX мм и высотой XNUMX мм. Также разрабатываются численные модели для прогнозирования изменения значений напряжений и деформаций отдельных слоев конструкции в целом во времени [XNUMX].

Учитывая, что опалубка может составлять до 35–54 % общих затрат на возведение бетонной конструкции [30,37,38,39]. Применение аддитивного производства приносит ощутимую прибыль. Это не только позволяет производить конструкции без опалубки, но также сокращает общее время производства, затраты и трудозатраты. Технология также повышает безопасность рабочих на строительной площадке, производит меньше отходов и использует сырье с низким содержанием энергии [30,39].

Цель данной статьи — представить процесс аддитивного производства уменьшенной модели стены с дверным проемом, включая установку перемычки с помощью специально разработанного захвата. В ходе исследования корректируется конструкция стены и процесс печати с учетом реологических и механических свойств свежего бетона, одновременно с учетом процесса установки перемычки. В статье будет продемонстрировано, что процесс может быть спроектирован с высокой точностью, что подтверждается моделированием.

2. Материалы, методы и программа эксперимента.

2.1. 3D-принтер

Стена была построена на специально спроектированной площадке, состоящей из 3D-робота, подключенного к насосному модулю (рис. 2, а). Смесь экструдировали шнековым питателем (рис. 2, б) с диаметром выходного отверстия сопла D = 20 мм. Движения принтера и печатающей головки контролировались G-кодом. Смесь готовилась в лабораторном смесителе и подавалась в насосный агрегат, откуда по шлангу подавалась в бункер печатающей головки.

100 Домашнее Сообщество в Техас-Хилл-Кантри

Расположенный вдоль живописной реки Сан-Габриэль на холмах Джорджтауна, штат Техас, сообщество Wolf Ranch, состоящее из домов, напечатанных на 3D-принтере ICON в сотрудничестве с Леннаром, находится в нескольких минутах от всего. Это современное сообщество сочетает в себе Техас-Хилл-Кантри с доступом ко всему району метро Остина.

Исследуйте коллекцию Genesis на Wolf Ranch

Инновационное сообщество из ста 3D-печатных домов, построенное ICON и Lennar, одним из ведущих строительных компаний страны, по кодовому проекту BIG-Bjarke Ingels Group, имеет восемь планов этажей, 24 фасада и будет питаться от солнца с солнечными панелями на крыше.

Как мы строим

Будущее жилищного строительства

Высокопроизводительные дома ICON, напечатанные на 3D-принтере, отличаются улучшенными архитектурными и энергоэффективными конструкциями, которые подчеркивают преимущества отказоустойчивости и устойчивости с цифровыми возможностями аддитивного строительства. Поставляемые быстро и в больших масштабах с использованием парка роботизированных строительных систем ICON Vulcan, программного обеспечения и передовых материалов, система полной стены каждого дома, включая внутренние и внешние стены, производится с меньшим количеством отходов и с большей свободой проектирования.

Роботизированная конструкция

Мы производим машины, материалы и программное обеспечение Которые строят наши дома

3D-печать в строительных масштабах не только позволяет создавать более качественные дома быстрее и дешевле, но парки принтеров могут изменить способ строительства целых сообществ к лучшему.

Спасибо за ваш интерес.

Мы не смогли добавить вас в список.

ICON разрабатывает передовые строительные технологии, которые продвигают человечество, используя робототехнику для 3D-печати, программное обеспечение и передовые материалы.

Компания Branch Technology 3D-печать строительных стен с помощью самого большого в мире 3D-принтера произвольной формы — запускает конкурс 3D-печатных домов

3D-печать — это технология с большим потенциалом, чем многие из нас думают. Причина в том, что это процесс изготовления, который способен к мельчайшим тонкостям и полной настройке, в отличие от всего, что можно увидеть в более традиционных методах производства и строительства. За последние пару лет мы видели 3D-печать как в малых, так и в очень больших масштабах, а также во всем, что между ними. Мы видели 3D-печатные микроскопические объекты и целые 3D-печатные здания, изготовленные с использованием компьютерного кода, различных материалов и современного оборудования, которое мы называем 3D-принтерами.

В строительной отрасли очень немногие уделяют внимание потенциалу 3D-печати. В то время как архитекторы и строители во всем мире, наконец, осознают, что 3D-печать может однажды в будущем обеспечить более быстрые методы строительства, сокращение рабочей силы и, в конечном счете, экономию средств, очень немногие были достаточно смелыми, чтобы на самом деле приступить к этой неизвестной земле.

Для одного человека по имени Платт Бойд он был одним из немногих, кто осознал тот факт, что будущее 3D-печати в архитектуре и строительстве слишком выгодно, чтобы от него отказываться. В этом мире есть те, кто ведет, и те, кто следует. Обычно лидеры делают себе имя, в конечном итоге становясь генеральными директорами многонациональных корпораций или всемирно известными изобретателями и войдя в историю как новаторы, изменившие мир. Это Томасы Эдисон, Стив Джобс и Илон Маски со всего мира. Если Бойд добьется своего, его имя может в конечном итоге присоединиться к этим людям в истории, и эта история может начаться только сегодня.

«Branch Technology, стартап из Чаттануги, штат Теннесси, объявляет сегодня о том, что она является первой компанией, которая успешно возводит стены здания в масштабе с использованием самого большого в мире 3D-принтера произвольной формы», — сообщила 3DPrint.com Кристина Броннер из DCI (маркетинг). «Компания также объявляет, что будет спонсировать первый в мире конкурс дизайна для 3D-печати дома, который начнется в сентябре и завершится призом в размере 10,000 3 долларов и строительством XNUMXD-печатного дома в Чаттануге».

Компания Branch Technology официально объявит о себе на сегодняшнем демонстрационном дне GIGTANK, мероприятии для стартапов, которое проходит в Чаттануге. Это объявление также будет включать в себя тот факт, что Branch стала первой компанией, которая успешно построила полноразмерные стены здания с помощью своего большого 3D-принтера с роботизированной рукой. Это не просто типичные стены. Эти стены представляют собой современную версию вчерашней затхлой и застойной архитектуры, которая за последние несколько десятилетий практически не развивалась. Последние разработки стали возможны только благодаря технологии 3D-печати.

В течение последних нескольких месяцев Бранч смог создать несколько замысловатых 3D-печатных демонстрационных фрагментов своих стен. Эти стены основаны на естественных формах, сочетающих в себе легкую архитектуру со сверхпрочной конструкцией.

«Он объединяет искусство и функциональность, и я рад видеть, как он изменит наши представления о пространстве, в котором мы живем и работаем», — объясняет Шон Торн из Branch Technology. «Нам не терпится показать вам, как могут выглядеть конечные продукты».

Процесс печати этих стен здания называется Cellular Fabrication™ (C-Fab™) и использует запатентованную Branch технологию 3D-печати произвольной формы, в которой используется большой роботизированный манипулятор KUKA для печати объектов в открытом пространстве, а не в ограниченных зонах, как это видно на более традиционные портальные 3D-принтеры. Это намного быстрее и дает возможность создавать практически неограниченные объемы сборки при использовании специального алгоритма для печати очень сложных геометрических форм без каких-либо требований к вспомогательному материалу.

«Branch Technology открывает новую эру в строительстве», — поясняет компания. «Природа обладает неограниченным творческим потенциалом. Аналогичным образом Cellular Fabrication™ предоставляет практически неограниченную свободу проектирования с использованием экономичных строительных материалов. В результате все строительные проекты — каждый дом, каждый офис — могут пользоваться свободой экономичного дизайна».

В настоящее время Филиал занимается в основном проектированием и 3D-печатью уникальных внутренних помещений, а также выставочных конструкций и арт-инсталляций, но в ближайшем будущем они планируют использовать C-Fab для 3D-печати больших несущих и наружных стен, а также целые здания.

Читайте также:

Североамериканское общество саун

Также сегодня компания объявляет о конкурсе на проектирование 10,000D-печатного дома стоимостью 3 3 долларов, в котором они будут просить дизайнеров и архитекторов придумать дизайн 3D-печатного дома. Дизайн-победитель будет напечатан на 10,000D-принтере в Чаттануге, а победитель получит денежный приз в размере XNUMX XNUMX долларов.

Безусловно, будет интересно следить за этой историей по мере того, как будут появляться дизайнерские идеи и производиться новые изделия. Что вы думаете об уникальном процессе 3D-печати Branch Technology? Обсудите в ветке форума Branch Technology на сайте 3DPB.com. Посмотрите видео и несколько дополнительных фотографий ниже.