瑞士科學(xué)家3D打印纜索地板系統(tǒng)，以減少混凝土的使用

來源：未知大陸

建筑業(yè)是溫室氣體的最大貢獻(xiàn)者之一，因為全球三分之一的排放來自建筑業(yè)。這些溫室氣體中有很大一部分體現(xiàn)在地板系統(tǒng)所用的混凝土中，因此有各種正在進(jìn)行的努力來減少建筑物中混凝土的使用。在不犧牲強(qiáng)度的情況下使用更少材料的關(guān)鍵是幾何形狀。拱是一個很好的例子：壓在拱頂部的重量分布在整個形狀中，因為它在消除拉應(yīng)力的同時將力分解成壓縮應(yīng)力。來自Block Research Group、建筑技術(shù)研究所(Institute of Architecture)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH Zurich)的一組研究人員利用3D打印技術(shù)將同樣的原理應(yīng)用到混凝土地板上。

由于其層次性，3D打印材料的抗拉強(qiáng)度低于建筑行業(yè)中的大多數(shù)材料，但抗壓強(qiáng)度較高。通過在地板系統(tǒng)中設(shè)計肋和拱，團(tuán)隊可以將推力轉(zhuǎn)換為壓縮力，這就是所謂的纜索系統(tǒng)。由Philippe Block和Tom Van Mele工程師們使用了一種ExOne S-Max沙子3D打印機(jī)建立體積為1.8×1.0×0.7米3D打印五件連接在一起。相鄰元素之間沒有使用機(jī)械連接。相反，原型的壓縮主導(dǎo)結(jié)構(gòu)形狀允許使用簡單的界面設(shè)計，僅使用公 - 母互鎖特征來保證對齊，”該論文指出。

為了生成纜索形式，他們使用了推力網(wǎng)絡(luò)分析(TNA)及其軟件實現(xiàn)RhinoVAULT。他們在制造之前模擬了數(shù)百種不同的配置，制作了第一個3D打印砂地板，并經(jīng)過了嚴(yán)格的測試，以確保材料符合規(guī)范和人們使用的安全。它運行良好，但只差3%就達(dá)到了要求的載荷標(biāo)準(zhǔn)，所以稍微修改了第二3D打印砂地板，這確實符合載荷標(biāo)準(zhǔn)。第三次迭代是一種不同的設(shè)計，它有更高的負(fù)載限制，但經(jīng)歷了更大的撓度，團(tuán)隊計算出的這個問題可以通過額外的預(yù)加載來解決。

他們的實驗表明，地板系統(tǒng)可以使用這些幾何形狀生產(chǎn)，這些幾何形狀比傳統(tǒng)混凝土板中使用的材料少70％。他們繼續(xù)他們的研究，并使用傳統(tǒng)的FDM 3D打印機(jī)創(chuàng)建模具，使他們能夠?qū)⑺鳡罱Y(jié)構(gòu)直接結(jié)合到混凝土地板中，放置在NEST HiLo（高性能，低能耗）項目公寓中，該項目具有可持續(xù)性和高科技性建筑方法。它正在瑞士的Dübendorf建造，并將容納來訪的ETH教員。

這些3D打印地板系統(tǒng)不僅可以釋放材料，還可以釋放可用于布線和導(dǎo)管的空間。 Block Research Group正與ETH的建筑與建筑系統(tǒng)實驗室合作，確定HVAC（加熱和冷卻）系統(tǒng)是否可以集成到地板中，這似乎很可能。令人遺憾的是，地板將被覆蓋，因為這些圖案在美學(xué)上令人愉悅。

如果沒有3D打印，減少材料使用的幾何形狀通常是不可能制作出來的。這并不是說建筑師和建筑工程師不知道這些形狀可以用在混凝土地板上使他們更堅固，而是這些形狀是難以置信的昂貴或不可能通過傳統(tǒng)方式創(chuàng)造。3D打印已經(jīng)存在一段時間了，但一些面臨嚴(yán)格監(jiān)管、供應(yīng)鏈和工作流建立時間較長的行業(yè)采用新技術(shù)的速度較慢。對于建筑行業(yè)來說，等待3D打印在建筑構(gòu)件上的應(yīng)用得到強(qiáng)有力的驗證是比較安全的，但是隨著3D打印技術(shù)在房屋、橋梁和其他混凝土減少方法上的應(yīng)用，這些驗證越來越多，行業(yè)也開始關(guān)注。

來源：未知大陸