供稿人：刘子玮、高琳 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2025-04-03
增材制造技术，涵盖了3D砂浆打印（3DMP）、3D混凝土打印（3DCP）以及液体沉积建模（LDM），在建筑行业中展现出显著的优势。它们不仅缩短了项目周期，降低了成本，减少了资源消耗，还赋予了设计以创意，并实现了施工流程的自动化，进而有效减少了工作场所的安全事故。然而，相较于传统的建造方式，增材制造技术在实现卓越机械性能方面仍面临着挑战，这主要归因于其层间结合力不足和材料存在的各向异性问题。本文介绍的研究致力于通过一种创新方法来解决这一难题，即将3D打印的聚合物网嵌入粘土基砂浆中，以增强增材制造结构的整体性能。选择粘土基材料是出于其环境友好性的考虑。在该研究中，研究人员采用了文献中记载的具有最优几何设计的网格，这些网格由三种在3D打印领域广泛应用的聚合物材料（PLA、ABS和PETG）打印而成。在3D打印过程中，这些网格被巧妙地置于层间，旨在显著提升打印样品的机械强度。
图1 图形摘要
该研究介绍了一种适用于修复项目的增材制造技术。依据相关规范对允许使用的材料及配比进行设定，研究人员成功研发了四种合规的混合物，并深入探索了它们在3D打印领域的潜力。这些混合物的可打印性得到了验证，依据EN1015-11标准，成功打印出尺寸为4厘米×4厘米×16厘米的样件，旨在进一步评估其机械性能。为了进一步提升机械强度，研究人员在特定的混合物（即100%粘土和含5%水泥的混合物）的层间，加入了由PLA、ABS和PETG制成的聚合物网格作为额外加固措施。矿物学分析及物理机械性能测试的结果显示，复合设计以及适当的浓度对于3D打印和模制粘土基材料而言至关重要，因为粘合剂、添加剂以及含水量的变化会对其长期性能产生显著影响。此外，纯粘土砂浆展现出了优于其石灰和水泥稳定变体的抗弯强度和抗压强度。