[發明專利]一種3D打印編織一體化成型的復合板的建造方法及復合板

有效

• 申請號: 201811039148.0
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109304788B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 孫曉燕;王海龍;汪群;張治成;陳杰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;B29C64/10;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y80/00;E04C2/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種3D打印編織一體化成型的復合板的建造方法及復合板，所述復合板包括底板和板肋，包括：選取基本結構構件，進行結構空間優化；確定線材的編織范圍，并在編織范圍設置編織定位點；確定線材的編織用量；根據編織范圍和編織用量確定編織流程，并與基體打印流程共同組合設計，形成打印編織一體化流程；配制3D打印材料；根據打印編織一體化流程進行3D打印基體和編入線材，得到復合板。本發明提供的建造方法制備的復合板采用高強線材替代鋼筋，減少了建筑施工程序且美化了復合板的空間造型，并有效改善了3D打印基體抗拉、抗剪、抗磨和抗裂性能，大大增強結構構件的斷裂韌性和抗沖擊性能，提升構件的疲勞性能及其耐久性。

技術領域

本發明涉及建筑結構技術領域，特別涉及一種3D打印編織一體化成型的復合板的制備方法及復合板。

背景技術

由于現有打印材料的強度和耐久性一直亟待提升，當前3D打印技術也缺乏基體與傳統增強材料，如鋼筋的組合形式，導致這些打印建筑構件如樓板受限于打印材料性能，多為小空間小跨度的小型民用建筑。要增大結構跨度和抗力，需要在打印樓板中有效引入增強材料。

板外形扁平，寬厚比大，是最常用的建筑構件之一。板的建造需要大量模板、腳手工程，現代結構中大量板材需要預制加工，如果可以采用3D打印技術免模施工，將帶來施工程序上的重大改進。

采用現有3D打印材料3D打印建筑無需模具，增材自制，快速方便；但這些打印材料多為脆性材料，抗拉強度較低，無法滿足樓板構件的抗彎與抗拉需求，需要與一種柔韌高強，幾何可變的材料組合形成強韌的空間網絡，才能保障結構在多種使用工況下的承載能力，變形能力和耐久性能。而傳統的建筑鋼材和復合纖維材料多以筋材形式制造，需要根據設計進行切割，綁扎，定位，形成剛性骨架，施工工序繁雜，難以與現有3D打印技術融合集成。

現階段公開的3D打印建筑施工方法，如公開號為CN106760532A的中國專利文獻公開了一種基于3D打印的建筑物施工方法，公開號為CN105756187A的中國專利文獻公開了一種3D打印工藝與混凝土結合的建筑工造、施工方法，都是利用3D打印工藝的形塑能力打印外殼，然后采切割鋼筋，綁扎，定位吊裝，最后在3D模板里澆筑普通混凝土將二者進行組裝，這種建造方式僅僅利用3D打印技術節省了模板工程，沒有充分利用3D打印技術形成一體化自動化的智能建造技術，而且這種技術也不適合于厚度較薄的樓板建造。

綜上，如何采用現有的3D打印技術和已有的水泥基膠凝材料，與高強高韌復合材料相結合制造板構件是現階段關鍵問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種3D打印編織一體化成型的復合板的建造方法，本發明提供的建造方法制備的復合板采用高強線材替代鋼筋，減少了建筑施工程序且美化了復合板的空間造型，并有效改善了3D打印基體抗拉、抗剪、抗磨和抗裂性能，大大增強結構構件的斷裂韌性和抗沖擊性能，提升構件的疲勞性能及其耐久性。

一種3D打印編織一體化成型的復合板的建造方法，復合板包括底板和板肋，包括以下步驟：

(1)選取基本結構構件，空間建模后采用有限元分析，結合應力云圖，設定判別域，進行結構空間優化，得到優化后的復合板結構；

(2)根據優化后的復合板結構的拉應力分布、以及復合板的受力閾值為依據確定線材的編織范圍，并在編織范圍設置編織定位點；根據復合板的承載能力確定線材的編織用量；

(3)根據步驟(2)得到的編織范圍和編織用量確定編織流程，并與基體打印流程共同組合設計，形成打印編織一體化流程；

(4)配制3D打印材料；

(5)根據步驟(3)中的打印編織一體化流程進行3D打印基體和編入線材，得到復合板。