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丹麥皇家藝術學院信息技術與建筑中心（CITA）和丹麥技術研究所的研究人員開發(fā)了一種新的混合結(jié)構概念，稱為“網(wǎng)格中的稀疏混凝土加固”（SCRIM），它與基于機器人的相交混凝土3D打印和紡織加固網(wǎng)結(jié)合，以生產(chǎn)輕質(zhì)結(jié)構。

實驗1的網(wǎng)格設置。圖源：CITA和DTI。

與通常垂直堆疊材料的當前混凝土3D打印方法相比，SCRIM方法允許通過利用支撐網(wǎng)格來定義3D表面，從而完全利用6軸機器人控制，在該3D表面上以各種取向角度選擇性地沉積混凝土。此外，SCRIM不是使用模板或噴射混凝土將紡織品完全封裝在水泥基質(zhì)中，而是依靠稀疏沉積混凝土來實現(xiàn)結(jié)構，構造和美學設計目標，從而最大限度地減少材料的使用。

根據(jù)進行這項研究的兩位研究人員Phil Ayres和Wilson Ricardo Leal da Silva的說法，這一新概念背后的動機是充分利用傳統(tǒng)機器人在混凝土中的3D控制能力，提供超越擠壓的豐富空間潛力幾何在混凝土3D打印中普遍存在，并使現(xiàn)有的數(shù)字建筑方法多樣化。

實驗2的網(wǎng)格設置。圖源：CITA和DTI。

傳統(tǒng)的混凝土3D打印方法垂直堆疊材料，導致在構造方向和加固的結(jié)合方面的一些限制。 SCRIM概念采用直接印刷的碳纖維增強聚合物（CFRP）網(wǎng)。在SCRIM概念中，網(wǎng)格被布置成目標幾何形狀，其也可以包括垂直區(qū)域。然后將混凝土選擇性地沉積到網(wǎng)中，該網(wǎng)充當加強元件以及就地保留模板。從概念上講，我們可以認為這種方法是用混凝土局部加固紡織膜，而不是整體印刷，這是現(xiàn)有方法的基礎。

實驗1中錐形錐的SCRIM結(jié)果。發(fā)布獨立組件（右），沉積過程和結(jié)果的細節(jié)（左）。圖片來源：CITA和DTI。

實驗1中?管道的SCRIM結(jié)果。圖片來源：CITA和DTI。

SCRIM技術支持后續(xù)過程，例如元素添加和裝飾，以及表達獨特的建筑表達，從而允許更大的設計自由度。混凝土3D打印仍有一些挑戰(zhàn)需要解決，但SCRIM方法有助于在研究界正在深入研究的領域中使現(xiàn)有的數(shù)字化建筑方法多樣化。一個關鍵的區(qū)別是SCRIM完全參與3D六軸機器人的控制和運動能力。 從設計角度來看，這為3DCP開辟了新的創(chuàng)造潛力。從實用角度來看，SCRIM方法可實現(xiàn)非現(xiàn)場印刷和基于組件的裝配。此外，由于混凝土選擇性沉積，這有助于減少混凝土消耗并實現(xiàn)生產(chǎn)更輕的建筑構件。“

SCRIM導致實驗2. a）首次沉積嘗試; b）第二次沉積嘗試。圖片來源：CITA和DTI。

下一步的工作將包括改進混凝土混合料設計和研究纖維對3D打印混凝土的早期機械性能的影響。此外，研究人員還在研究生產(chǎn)定制碳纖維增強聚合物（CFRP）網(wǎng)格的可能性，以便對結(jié)構性能進行精細定制，并實現(xiàn)自適應機器人控制，以滿足“打印時間”動態(tài)。

設想的建筑元素的推測可視化 - 分級內(nèi)部分區(qū)。

“我們還致力于開發(fā)一個集成的設計環(huán)境，將設計意圖與模擬，生產(chǎn)過程分析以及后期生產(chǎn)元素的屬性聯(lián)系起來。”Ayres說。 “最后，我們計劃尋求行業(yè)合作伙伴，以發(fā)展建筑構件概念到實際生產(chǎn)。”