SCRIM:En innovativ metode til 3-D betonprint

Forskere ved Center for Informationsteknologi og Arkitektur (CITA) på Det Kongelige Danske Kunstakademi og ved Teknologisk Institut har udviklet et nyt hybridt byggekoncept kaldet "Sparse Concrete Reinforcement In Meshworks" (SCRIM). Deres metode, skal præsenteres på den kommende ROB|ARCH-konference og skitseres i et papir om Research Gate, adresserer eksisterende begrænsninger i 3-D betonprint (3DCP), især relateret til print af ikke-ekstruderede geometrier, giver mulighed for fuld udnyttelse af seks-akset robotstyring og er rettet mod fremstilling af letvægtskomponenter.

"Denne forskning er et resultat af et samarbejde mellem CITA og Betoncentret ved DTI, "Phil Ayres og Wilson Ricardo Leal da Silva, to af forskerne, der udførte undersøgelsen, fortalte TechXplore. "DTI inviterede CITA til at deltage i en brainstorming-workshop for at overveje, hvordan vi kan gentænke tilgange til 3-D betonprint (3DCP) i forbindelse med 'Design for Disassembly'. Opgaven var umiddelbart udfordrende for udbredte 3DCP-tilgange, som har en tendens til at udskrive en 'helhed' - det er her, vi forestillede os ideen bag SCRIM-metoden."

Beton er i øjeblikket det materiale, der bruges mest i byggebranchen, alligevel har dets høje forbrug også gjort det til en primær bidragyder til produktionen af ​​kuldioxid på planeten. Forskere verden over har derfor undersøgt måder at forbedre fremstillingen af ​​beton, reducerer dets negative virkninger på miljøet.

I løbet af de sidste par årtier, ny teknologi har muliggjort digital fremstilling, som kan føre til ny design- og konstruktionspraksis, en af ​​dem er 3-D betonprint (3DCP). Imidlertid, de fleste konventionelle 3DCP tilgange stable materiale lodret, hvilket resulterer i nogle få begrænsninger i byggeorientering og inkorporering af armering.

"Konventionelle 3DCP-tilgange stabler generelt materiale lodret og har udfordringer med inkorporering af forstærkning og andre arkitektoniske elementer, Leal da Silva forklarede. "I modsætning til stablemetoden, SCRIM-konceptet anvender carbon-fiber-forstærket polymer (CFRP) mesh, der er trykt direkte på."

I SCRIM-konceptet, masker er arrangeret i 3-D målgeometrier, som også kan omfatte lodrette områder. Beton aflejres derefter selektivt i nettet, der fungerer som et forstærkningselement samt en opholdsforskalling.

"Begrebsmæssigt, vi kan tænke på metoden som lokalt at forstærke en tekstilmembran med beton, snarere end monolitisk tryk, som ligger til grund for eksisterende tilgange, " sagde Ayres.

Forskerne fandt ud af at reducere restriktioner i byggeorientering og forstærkning, deres teknik muliggør efterfølgende processer såsom tilføjelse af elementer og udsmykning. SCRIM giver således større frihed til at designe mål, understøtter indviklede geometrier og placerer materiale selektivt for at opnå designmål.

"Der er stadig udfordringer, der skal løses i 3DCP, men SCRIM-metoden bidrager til at diversificere det eksisterende spektrum af digitale konstruktionstilgange inden for et felt, der bliver meget udforsket i forskningsmiljøet. En vigtig forskel er, at SCRIM fuldt ud engagerer 3D-styrings- og bevægelsesmulighederne i seks-akset robotteknologi, " sagde Ayres. "Fra et designperspektiv, dette åbner nye kreative potentialer for 3DCP. Fra et praktisk perspektiv, SCRIM-tilgangen muliggør off-site print og komponentbaseret montage. Ud over, fordi beton er selektivt aflejret, dette hjælper med at reducere betonforbruget og muliggør produktion af lettere bygningskomponenter."

For at videreudvikle deres metode, forskerne planlægger nu at forfine betonblandingsdesignet og dets relaterede egenskaber for tidlig alder. Ud over, de håber at udforske muligheden for at producere skræddersyede carbonfiberforstærkede polymerer (CFRP)-net og muliggøre adaptiv robotstyring for at tage højde for dynamikken i 'printtid'.

"Vi sigter også på at udvikle et integreret designmiljø, at forbinde designhensigt med simulering, produktionsprocesanalyse og egenskaber af de resulterende elementer efter produktion, " sagde Ayres. "Endelig, vi planlægger at søge industripartnere til at udvikle konceptet til produktion af bygningskomponenter."

© 2018 Tech Xplore