增材制造技术原理及其在建筑行业的应用研究

作     者：戴朋 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏波

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：增材制造 3D打印技术 建筑行业 几何优化 FDM技术 

摘      要：进入21世纪后,数字技术得到了快速的发展,并且深入到人们生活的方方面面,给社会各个领域都带来了翻天覆地的变化,也给建筑业的发展注入新的动力。在信息化社会,社会生产已经与计算机技术紧密切相关,计算机技术无时无刻不影响着社会生产实践。同样,数字化建造技术对建筑行业的影响也是不言而喻的,从理论方法到工程实践都为建筑行业带来巨大的突破。3D打印技术是数字化建造技术中的一项新兴技术,目前在建筑领域正在不断的应用和发展。目前由于应用于建筑打印材料的昂贵、打印机技术不够成熟、打印过程中材料的浪费等原因都限制了增材制造技术(又称3D打印技术)在建筑行业的应用发展,因此目前只有少量工程中应用到了3D打印技术。本文通过对“城之莲商业广场建筑结构的设计及打印,对打印过程中出现的物体分割问题、材料优化问题、空间结构优化等问题进行了分析研究,并应用基于熔融层积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)原理的3D打印技术对“城之莲商业广场进行了缩尺打印,以指导3D打印在建筑行业中的进一步应用。本文的完成的主要工作如下:1、本文阐述了论文研究背景与意义,归纳了国内外关于数字化建造技术、3D打印技术的研究现状,并对3D打印技术的含义、特点、材料和应用领域进行了阐释。2、从3D打印的行业背景、技术工作过程、技术支持和打印机的种类等方面对3D打印进行基本理论进行了阐述。进一步,从轮廓工艺(Contour Crafting)、D型工艺(D-Shape)和混凝土打印(Concrete Printing)三个方面对3D打印技术在建筑行业中的应用进行了研究,并结合具体工艺对3D打印建筑材料性能进行了分析比较。3、对3D打印模型中的关键问题,如物体分割、材料优化及空间结构优化等方面进行了研究,并重点对轻质高强的“蒙皮-框架支撑结构体系进行了分析。将上述技术优点应用于“城之莲商业广场建筑模型的设计。4、针对复杂结构增材制造的难题,研究了其3D打印建筑过程中的计算机模型的切片处理方法,如3D打印过程中模型的建立、文件格式的转换、切片文件的建立,以及相关软件的应用。5、对基于FDM原理的3D打印技术进行了重点研究,包括:FDM工艺原理、材料的匹配、工艺特点以及对应3D打印机构造等。最后,利用该技术实现对“城之莲商业广场建筑模型的3D打印。