在H?nggerberg校园的研究和机器人Arch Tec实验室的大厅里，几个机械臂悬挂在屋顶上，而半成品的米色弯曲结构则点缀在地板上，让人联想到沙雕。在房间的一侧，一些神秘的部件从木箱中伸出来。

　　帕特里克·贝达夫站在其中一个板条箱前。他在Benjamin Dillenburger教授的数字建筑技术小组工作，并于9月底完成了博士学位。作为他博士论文的一部分，他研究了如何制造轻质绝缘结构元件，特别是更复杂的形状，以减少材料。

　　为此，他使用了由ETH衍生公司FenX利用回收的工业废料生产的可持续绝缘材料。贝达夫解释说:“我们使用的矿物泡沫是一种创新的建筑材料，有助于建立一个更加气候友好的行业。”

　　泡沫主要由粉煤灰制成，这是一种工业高炉产生的废物。“因此，这种材料已经经过了第一次材料循环，使用后可以简单地回收，”Bedarf解释说，并用手指捏碎他刚刚从木箱中取出的随机组件。“这种材料现在可以作为一种新型泡沫材料重复使用。”

　　这项研究发表在《3D打印与增材制造》杂志上。

　　隔热墙构件的生产是一个可持续的过程:博士研究员使用3D打印来减少材料浪费和二氧化碳排放。浇料所需的模板不再需要。模板非常耗时，并且只能部分重复使用，”Bedarf说。当生产更复杂的几何形状时，过度浪费是一个特别的挑战。

　　贝达夫解释说，将3D打印与机器人技术相结合，还可以廉价地生产定制的建筑部件。“如果没有自动化，节省材料的传统施工方法非常耗时和昂贵，特别是由于劳动力成本。”

　　研究人员展示了一些用3D打印机制作的硬化泡沫的初始样品。“就拿这一块来说吧，它看起来像个披萨，”他指着一个扁平的圆盘说。“我们首先打印了几种不同类型的小‘披萨’，然后转移到更大的块上，看看3D打印产生的泡沫是否也适合大规模应用。

　　如果有人想在机器人实验室里找到一台典型的3D打印机，那将是徒劳的:整个房间都是3D打印机。灵活的混合室确保原料的正确混合。悬挂在屋顶上的机械臂的末端装有打印机头，打印机头将材料一层一层地应用到打印床上。贝达夫解释说:“机器人可以精确地导航到房间里每个预定的点。”“我们对相关路径进行编程，并指定它们的移动位置和速度，以及应该从打印机头流出多少材料，以及在什么时间和地点流出。”

　　在最初的试验中，Bedarf使用混凝土来加固定制的建筑部件。然后，他设法仅使用泡沫制造坚固的部件，如airelement项目的原型所示:一个由四个3d打印部分组成的两米高的整体角柱。四个独立的部分用砂浆粘在一起，然后喷上白色的无水泥渲染。

　　airelements(空气元素)是“空气”和“元素”的合成词，由重量轻的单个部件组成，易于手动抬起并堆叠在一起。贝达夫说:“建筑部件可以简单地在工厂打印，运输到建筑工地，并在需要的地方定位。”“为了使组件更坚固，空心核心可以用高密度矿物泡沫铸造，最终使其足够坚固，可以作为承重结构。”到目前为止，空气元件只能用作内部或外部墙壁的绝缘部件。

　　每个单独的原型在不到一个小时的时间内打印出来，并在控制温度为20°C - 28°C和相对湿度为20%-70%的制造环境中硬化一周。调节空气湿度和温度对于确保材料正确硬化和不易断裂非常重要。

　　Bedarf为此开发了一个特殊的气候室:一个巨大的透明帐篷状结构，机器人在里面沿着预定的打印路径移动。“到处都是雾和灰尘，就像在热桑拿房里一样，”他说，并指出这种新的生产方法不再需要能源密集型的加工。“这是对早期无水泥泡沫研究的一个进步，无水泥泡沫要么必须用水泥硬化，要么随后在烤箱中高温固化。”airelements的波纹纹理在硬化过程和最终状态中提供了额外的稳定性。

　　空气元件最终可以用于可持续建筑:一方面，保温材料减少了建筑的能源消耗。另一方面，3D打印比传统的制造建筑部件的方法产生更少的废物，并且不再需要破坏环境的混凝土模板。最后，airelements是完全无水泥的，这确保了建筑的可持续性。“如果不再需要建筑部分，它可以完全粉碎并还原为灰尘，准备加工成新的泡沫。”

　　Bedarf现在想继续用FenX开发airelements。一条专门的生产线将在他们位于图尔吉的工厂建成。“我们将彻底分析承重能力和绝缘性能，以确定这种材料如何在封闭房间中充当墙壁元件。红外测量将帮助我们确定隔热可以进一步改进的地方，以及如何通过调整打印路径来消除任何弱点。”

　　更多信息:Patrick Bedarf等人，用于轻质和绝缘建筑元件的地聚合物泡沫的机器人3D打印，3D打印和增材制造(2023)。DOI: 10.1089 / 3 dp.2023.0183

　　引用:使用3D打印生产轻质绝缘建筑构件(2023年，11月30日)检索自2023年12月1日https://techxplore.com/news/2023-11-3d-lightweight-insulating-elements.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。