美國陸軍與內(nèi)華達大學里諾分校研究人員研發(fā)新型混凝土3D打印技術(shù)

2024年12月23日，南極熊獲悉，內(nèi)華達大學里諾分校（UNR）的研究人員，在土木與環(huán)境工程助理教授Floriana Petrone和副研究員教授Sherif Elfass的領(lǐng)導(dǎo)下，與美國陸軍工程研究與發(fā)展中心（ERDC）建筑工程研究實驗室（CERL）緊密合作，正致力于開發(fā)一種革命性的3D打印技術(shù)，該技術(shù)可使美國陸軍在前沿部署任務(wù)中無需依賴傳統(tǒng)建筑材料，快速創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施。

△測試3D打印橋梁結(jié)構(gòu)的研究團隊成員

該項目，由美國國防部資助，旨在到2025年6月之前開發(fā)出一種現(xiàn)場3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的方法，以應(yīng)對包括沖突地區(qū)在內(nèi)的各種具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。研究團隊最近完成了一系列負載測試，涉及約七個后張拉混凝土段組成的“橋梁”模型。測試結(jié)果顯示，這些結(jié)構(gòu)能夠承受高達7000磅的負載，證明了3D打印混凝土組件在實際應(yīng)用中的潛力。

Petrone教授強調(diào)，新技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢在于模塊化設(shè)計和簡便的現(xiàn)場組裝過程。她指出：“所有組件都可以在沒有專門設(shè)備的情況下手動組裝，這使得它非常適合在具有挑戰(zhàn)性的戰(zhàn)區(qū)條件下使用�！贝送�，研究團隊正在探索如何通過添加其它組件來擴大測試樣本，并研究連接方法以加速施工過程。

△Petrone和團隊一直在使用美國陸軍的中型3D打印機打印L形和T形混凝土組件

3D打印混凝土現(xiàn)場基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的未來

Petrone和她的團隊正在采用一種更嚴格、更少反復(fù)試驗的方法來提高3D打印混凝土模塊的完整性和性能。包括測試由他們打印的3英尺長的混凝土模塊組裝而成的“橋梁基礎(chǔ)設(shè)施”。該橋的性能將通過實驗測試和數(shù)值模擬進行驗證。

與早期依賴于Edisonian方法的反復(fù)試驗方式不同，研究人員正在開發(fā)一種更系統(tǒng)的方法，以確保這些結(jié)構(gòu)能夠按需運行。這項工作將3D打印、分段施工和先進的數(shù)值模擬相結(jié)合，以構(gòu)建可靠、可擴展的結(jié)構(gòu)，進一步提高美軍在偏遠或惡劣環(huán)境中建造基礎(chǔ)設(shè)施的能力。

△作為研究工作的一部分，對3D打印混凝土段進行了測試

Elfass教授補充道：“將數(shù)值建模與3D打印和分段施工相結(jié)合，為我們在施工前預(yù)測結(jié)構(gòu)性能提供了強大的工具。這使工程師能夠優(yōu)化分段的放置和打印組件的設(shè)計，確保打印結(jié)構(gòu)在各種條件下滿足必要的強度和耐久性要求。”

這項研究的最終目標是為美軍提供一種強大的技術(shù)基礎(chǔ)，以實現(xiàn)現(xiàn)場打印和組裝所需的結(jié)構(gòu)。在大學大型結(jié)構(gòu)實驗室（LSSL）的協(xié)助下，研究團隊使用美國陸軍的中型3D打印機生產(chǎn)了L形和T形的混凝土部件，并持續(xù)改進其方法，以確保復(fù)雜的裝配過程在具有挑戰(zhàn)性的條件下可行，從而為未來的軍事行動提供按需、強大的基礎(chǔ)設(shè)施支持。