https://www.youtube.com/watch?v=qO05hUeXafs
我们现在开始第二模块，主题是3D打印，利用UHPC。Aini博士将介绍这一部分。
3D打印或加法建筑（加法制造）是一个可以互换使用的术语。当有人提到逐层3D打印时，首先想到的就是混凝土的逐层构建，但实际上并非如此。我将展示一个视频，这是一台进行逐层打印的3D打印机。实际上，我们刚刚购买了一台可以打印房屋的3D打印机。基本上，这是另一种逐层打印的方式，手动在层之间放置加固材料。
这是另一种机器，称为Bas。现在，有一家提供我们两个部分的公司，但很快我们将拥有自己的逐层打印机，可以进行打印。正如你所见，这就是它的样子。逐层3D打印的一个主要问题是层与层之间的结合，而这也是我来到慕尼黑的原因之一。在“混凝土数字2024”会议上，有一项关于3D混凝土打印的重大研究，研究了3D打印的梁或结构的抗压强度、抗弯强度和弹性模量，和其传统铸造版本进行比较。
我截了一张屏，分享一下，演示由慕尼黑工业大学的Freak BOS博士进行。这是他演示的截图，我想给他致以谢意，相关论文也正在发表。该研究小组是国际建筑材料系统与结构实验室联合体（ARILM），这是一个来自法语名称的缩写。
参与这项研究的国家很多，这是一张参加研究国家的地图。我只是给你展示一张幻灯片，这是3D打印与铸造样本的抗压强度比率。样本的抗压强度比例是通过取心样本并与铸造的相似样本进行比较得出的。正如你所见，比例为100%。相对强度的降低主要是由于层与层之间的结合。
我们在FU正在使用所谓的节段打印技术。我们正在进行另一种技术的研究，稍后会告诉你。你看到的这个空心柱子是利用节段打印技术和加固材料打印的。我们使用UHPC是因为它的强度和耐久性。我们真的将3D打印作为实现目标的工具。例如，我们开发的一个想法是永久性模板。与其使用木材构建模板，我可以用UHPC制作模板，带到现场，放在柱子上，放置钢筋，然后填充。
使用UHPC的永久性模板有很多优势。你可以在里面放置轻质混凝土，因为记住UHPC的快速渗透性很低，所以里面的东西将得到长期保护。即使是UHPC壳的薄厚也会显著增强构件的强度，使你可以制造更小的截面，减轻整体自重，缩小基础的大小，这样就节省了很多成本。
过去已经有使用普通混凝土制作模板的经验，而我们正在使用UHPC。这个你看到的盖梁实际上是铸造的，但我们也进行了打印。因此，永久性模板的想法是，你可以打印一个盖梁或矩形柱、圆柱的壳，将其带到现场，然后叠放在一起，放置加固材料后填充。
例如，你看到的这个梁是我们用的一种打印机，这是一项非常早期的工作。有人称之为“睡眠成型”，我认为当说到3D打印时，不应仅仅等同于逐层打印。我认为这是建筑自动化的一种形式，可能是任何类型的，可以是节段打印。我们实际上为这个梁构建了一个简单的矩形梁，壳体采用节段打印。
我们现在看到的是使用铸造法的壳体。你想了解它们之间的差异，所有的样本都有相同数量的加固材料和相同的截面。
在铸造过程中，尤其是在弯曲应力区，如果你有一个受到弯矩作用的梁，会出现分布性裂缝。在最大弯矩的位置，钢纤维会拔出，裂缝在此处集中。这个点我相信Ben会进一步讨论。从那一刻起，一条裂缝会成为主导，其他裂缝不会变宽，但这条裂缝会逐渐变宽。在这种情况下，情况也是如此。
如果你不想在某一个位置出现裂缝集中，我们做过一些测试，几乎需要壳体与铸造部分之间有机械作用。如果你这样做，裂缝会变得更宽，因为内部普通强度混凝土与UHPC壳之间的复合作用良好。相反，在壳体的情况下，如果没有这样的作用，一条裂缝就会占据主导，逐渐变宽，这样就结束了。
让我给你展示几张图片。这是一根混凝土梁，铸造的UHPC，3D打印的样本。你可以看到这里壳体在高位移下有滑移现象。这里是另一个角度。
混凝土梁的这条线是经过测试的样本，负载-挠度曲线中，传统的混凝土是蓝线，3D打印的样本是这条线。我们可以看到，即使使用节段打印，其刚度和承载能力略低，但效果还不错。
接下来，我会展示一些我们进行节段打印的其他例子。在这种情况下，想法是打印多个元素，放置在一起，然后加固并用混凝土填充。这个连接的工作原理是，当你在上面增加重量时，它会迫使这些元素相互压紧。
需要注意的是，这两个打印的元素之间没有物理连接，没有机械连接或螺栓连接。它们仅仅是相互压紧。一旦填充混凝土，就会形成很好的结构。
如果我有一个短跨桥梁，我会打印这些元素并并排放置，然后加固并用混凝土填充。我们对此进行了测试，每个节段的工作原理有个示意图。
到目前为止，我们基本上是手动安装UHPC，但我们正在自动化这一过程，这并不复杂。你看到的喷嘴是自制的。我会展示我们制作的喷嘴。我们的打印机可以进行节段打印，实际上可以打印任何你想要的截面，任何大小。
这并不是逐层打印，优势在于你可以在喷嘴中放入加固材料，这样打印的截面中就可以预先包含加固材料。而在逐层打印中，我们必须手动放入加固材料。这里有一个时间推移的示例，虽然UHPC是手动供料，但我们正在努力实现自动化。
这是我们进行的一次实验，它非常顺利。我们可以放入加固材料，这个样本大约有20英尺。之后我们填充了混凝土，并进行了弯曲测试。在这个案例中，我们确实观察到了裂缝集中现象，一条裂缝占据主导，但整体行为和承载能力良好。
这是不同的节段打印样本，放在一起后加固并填充混凝土。这些是测试的照片。
我们还与NASA合作，构建可居住的月球结构，使用当地材料。为此，我们使用了特殊材料，但打印机主要是打印模块。
喷嘴的工作方式是这样的，它是一个环形结构，内部有一个加热元件，腔体允许你放入加固材料，你可以制作任何形状的喷嘴。UHPC在这个过程中被沉积，因此有人称其为滑模成型，但实际上是这个过程的自动化。
这是一个打印机，平台从顶部开始，向下移动。随着其向下移动，UHPC从顶部沉积，这是一个打印的空心柱。这个是14英寸见方的UHPC柱，而这是铸造版本。
再次强调，喷嘴允许放置加固材料，这个样本实际上包含了UHPC。
基本上，这个设计用于将加固材料传递到柱子上，并将其连接到地面。这是一个3D打印的空心柱，与铸造的版本进行对比。
这些是铸造的空心柱，我们将其嵌入基础中，然后对样本施加恒定的轴向载荷和循环侧向载荷。你可以看到，这是负载-挠度曲线，打印的样本刚度和承载能力稍低。这只是一个测试，我不会对此过于依赖，但结果表明，它提供了足够的延展性，但承载能力较低，这是由于与基础的连接问题，而不是截面本身的问题。故障主要局限于基础层。
最后，我将展示一下下一代3D打印技术。我们正在结合逐层打印和UHPC喷射混凝土。逐层打印的优点是速度较快，可以相对快速地打印层，而喷射混凝土的优点是可以使用UHPC。现在我们将这两种技术结合起来，我认为这将解决逐层打印之间的结合问题。
在会议上，我看到一些演讲讨论了一些添加剂的使用，以提高层间结合力，但我认为这个问题仍然存在。逐层打印适合住宅建筑，但如果需要承重结构，特别是承受重载或循环载荷的结构，就必须解决层与层之间的结合问题。我认为，将逐层打印与喷射混凝土结合可以实现这一点。
如果你对这方面感兴趣，预制行业可以利用这种节段打印的方法，几乎可以打印许多东西。凯西，这就是我演示的内容，我们还有大约10分钟的时间进行问答。
第一个问题是关于你提到的打印层之间的结合问题，是否需要表面处理？不需要，逐层打印时，打印一层后再在其上打印第二层即可。
第二个问题是关于3D打印机的发展及其未来商业化潜力。实际上，我们的打印机都是自己组装的，所有部件都是自制的，包括电线。为了让喷嘴以可接受的速度移动，我们必须将材料加热到125华氏度，这不会对短期效果产生不利影响。我们尚未研究其长期效果，但短期内效果良好。
关于钢纤维组分的管理，喷嘴是否会堵塞？在我们案例中有优势，因为在这两者之间有足够的空间。逐层打印时，混凝土会泵送到喷嘴，UHPC的纤维可能会遇到泵送过程中出现的问题，但在我们的情况下没有问题，因为我们有足够的腔体空间。
3D打印的混凝土壳体在内置混凝土放置方面具有创新性，但壳体的外观是否可以改善？我认为可以。如果我们能够将材料适当地配合，喷嘴以恒定速度移动，就能获得光滑的表面。目前我们稍微有些粗糙，因为手动配料并需要等待。
你提到过干燥的UHPC与新鲜UHPC之间粘附性差，如何避免这种现象？在最大载荷能力范围内，确实会有摩擦，壳体内的变形会导致良好的结合，但最终可能会出现分离。
如何实现预制壳体与新鲜UHPC填充材料之间的机械连接？如果你有硬化的UHPC，并且想要铸造普通强度混凝土以获得完全复合作用，唯一的方法是在硬化的UHPC壳内物理插入一些东西。
我们还有几分钟时间，我将把时间交给瑞克。我们有一些新问题进来了。瑞克，你可以开始了。谢谢，保罗。关于这些单元的固化，你们是如何处理的？我们在实验室中并没有进行固化，只是打印后让其静置，在恒定温度下没有看到裂缝。
对于不同元素的时间安排，你能分享一下吗？这是个好问题。以14英寸见方、2英寸厚的壳体为例，打印高度为66英寸，总时间为6小时15分钟。当前尚未完全自动化，需要停顿和继续，但我们在努力解决这个问题。
在打印时，你们是从顶部打印到底部还是从底部打印到顶部？从顶部开始，重力有助于混凝土的固化。这种方式更稳定，虽然我们也做过从底部开始打印的实验，但从顶部开始效果更好。
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