3D打印混凝土技术的建筑工程应用探析

3D打印混凝土技术的建筑工程应用探析

曹连开

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摘要：3D打印混凝土技术指的是应用3D打印技术,采用特殊的混凝土材料作为粘合材料,然后逐层打印并粘合形成建筑工程.与传统的混凝土施工技术相比,3D打印混凝土技术施工速度快,并且成本较低.对此,本文首先对3D打印混凝土技术的原理和优势进行介绍,然后对3D打印混凝土技术所需设备进行分析,并对3D打印混凝土技术在建筑工程施工中的应用方式以及未来的发展趋势进行详细探究。

关键词：3D打印混凝土技术；原理；优势；应用

前言：3D打印是现代计算机技术、精密制造技术、材料技术发展的重要产物,建筑领域中3D打印混凝土技术已经成为了一大研究热点.通过分析我国3D打印混凝土技术发展情况可得,3D打印已经成为当前我国建筑领域正在逐步推广的新型建造技术。基于此，文章进一步探讨3D打印混凝土技术在建筑工程中的应用优势与难点,并从设计建模、切片及路径规划、3D打印等阶段出发详细分析了3D打印混凝土技术要点,最后结合相关工程实践经验总结了3D打印混凝土技术的应用情况,以期可供参考。

一 3D打印混凝土技术及工作原理

3D打印混凝土技术的应用基础是数字模型，通过利用混凝土以及其他粘合材料,即可层层打印、堆积形成三维物体。3D打印混凝土技术可将计算机技术、数字化技术、机械制造技术以及材料科学等进行有效结合。在3D打印混凝土技术的实际应用中,首先需构建建筑工程模型，然后将模型导入至计算机中,通过计算机系统指令,即可实施打印工作，结合项目建设要求制定路线,根据路线浇筑混凝土材料,层层打印即可落实下提升整体的防水效果。3D打印技术是将CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、光电子和新材料等先进技术集于一体，依据山CAD、PRO/E 等软件构造的产品三维模型对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。根据这些轮廓，激光束选择性地喷射，固化一层层液态树脂(或金属粉末)或喷射源选择性地喷涂一层层的粘结剂或热熔材料等，形成各面，逐步叠加成三维实体，它将一个复杂的三维加工简化成一系列二维加工的组合。

二 利用3D打印技术打印建筑用墙体

2.1墙体3D模型的设计

墙体的3D模型可以采用任何一种3D设计软件。利用3D设计软件设计墙体的三维模型，然后再将模型进行“切片”输出。三维设计软件和打印软件之间的通用语言是STL.格式文件、目前常用的6M打印软件是Replicatorc,它可以读取x∩9aX.轴的位置信惠只通过掌握硬件协同_作完成打印任务。

2.2打印机掌握系统的设计

3D打印机主要有%/Y/Z三个方向轴，每-轴上安装有伺服电动机，打印喷头上也安装有喷墨电机，每个方向需安装接近开关，防止方向轴电机故障时，发生越界，起到保护作用。打印机喷头和每个方向的伺服电机需安装温控装置，防止电机过热发生故障。

本文选用的核心掌握器为三菱公司的Q系列PLC,伺服电机为三菱公司的M系列。通过计算机建模软件将实体进行三维建模后，并进行切片处理，经过处理计算得山每个方向轴的位置信息，三菱PLC 通过定位算法对每个方向的伺服电机进行定位指令的输山，同时喷头电机持续喷墨，这样，--层层的累计a)就能够打印出我们设计山的外形。累、Y轴的精度设置为为0" 1mm,，z轴精度为0.01mm，这也是比较常见的规格。

模块和执行模块组成。掌握模块里包含定位模救，1定位模块通过PLC将位置信息发送给伺服驱动器,伺服驱动器接收到驱动器指令，执行动作，3个方向的伺服电机相互协作，协调工作，完成打印任务。PLC 选用三菱的0系列，伺服驱动器选择三菱的HK -KP053。在此掌握系统中，上位机采用触摸屏技术。不仅可以实时监测各轴电机的运行状态，还可以对参数进行修改。包括主界面、操作界面、监控界面和手动界面。可以实现手动和自动操作的随便切换，另外对打印实体的外形也可以随便设定，只需要设置相关参数即可。

三 3D打印混凝土技术优势

3.1可提升施工效率

与传统的建筑工程施工方式相比，采用3D打印技术能够有效提升建筑工程施工效率。比如,在发生地震等地质灾害后,可利用3D打印混凝土技术快速构建安置房,即可满足灾民居住要求。另外,在3D打印建筑工程施工中,只需少数施工人员,有利于节约施工成本。

3.2形成针对性强防水防漆方案

工程项目在防渗漏设计中,严格结合实际情况合理选择,形成不同的防水防渗方案。正如上述所分析的,在建筑工程项目中,防渗漏出现的部位是不同的。以此工程人员为了提升防渗漏效果不可一概而论,需要针对特定的部位形成针对性强的防渗方案。首先，针对屋面漏水的现象。工程单位需要结合整个工程项目建设等级合理选择屋面防水材料，且加强施工管控监督,保证防水卷材严格按照规定落实操作。在防水卷材施工完成后,需要进行混凝土的浇筑，混凝土实现连续性浇筑，塑造良好的浇筑环境，控制浇筑过程中外在因素的突发性影响。在混凝土浇筑之后，加强混凝土振捣和密实养护，通过混凝土建筑密实度提升自防水效果，避免出现渗漏现象。在以上工程完成后,施工单位再次深入检查,发现问题及时核查处理。其次,厕浴间渗漏管控。这一部位防渗漏工作进行过程中，要结合房屋整体的结构布局，在管道位置事先预留到位基础上,合理管控施工。工程人员在墙和楼板之间将所要安装的管道预留出来,保证预留点准确到位。在针对卫生间和厨房等管道以及其他附件安装中,工程人员都要保证每一个配件紧固到位,加强审查,严格按照质量规定落实核查工作。最后，外墙渗漏有效管控。外墙防渗漏工作进行的过程中，加强外墙设计方案的科学化形成。一般而言,在外墙保温材料选择中,首选节能型保温材料,同时积极针对外墙材料进行加固，在外墙网和混凝土之间添加专门的电焊网。电焊网的存在能够保证外墙混凝土不会因温度应力、干缩应力出现裂缝现象。最后,地下室防渗漏工作的落实要重点加强水管埋设和安装工作到位,对于每一个缝隙严格管控,砂浆使用复合质量规定,严格砂浆填充提升地下水防水和防渗漏效果。

3.3加强防水防渗漏施工监督管理

建筑施工防水防渗漏施工中,提升监督管理效果是非常重要的。只有工程监理单位针对容易出现防渗漏的部位加强监督,及时核查,通过使用动态化的监督管理机制，及时发现问题。在发现问题之后,工程人员应认识到渗漏现象直接关系到整个建筑工程项目工程质量,必须严加管理,及时与施工单位、设计单位和管理人员沟通交流,共同商定处理方案，提升工程项目防渗防渗漏效果。

3.4建设高水平的施工人员队伍

在提升建筑工程项目防水防渗漏效果中,建设高水平的施工人员队伍是非常必要的。实际高水平施工人员队伍的建设一方面, 加强施工人员专业化技术培训教育,及时了解新型的防水卷材使用性能,把控新型防水卷材操作应用工艺;另一方面，提升施工人员责任感,有效沟通交流,针对防渗漏施工中存在问题能够及时沟通交流,相互商讨,及时解决。

三 结束语

综上所述，建筑施工中防水防渗漏技术应用对于提升工程项目施工质量起着非常重要的作用。实际防渗漏技术应用中,针对存在的问题，能够从形成针对性的防水防渗漏施工方案、加强监督管控、选择新型的防水卷材以及建设高水平的施工人员队伍等方面落实，满足工程质量建设标准。

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