建筑工地 3D 打印：两层建筑如何打印

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  建筑工地 3D 打印实际沉积什么
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  建筑工地 3D 打印作业中龙门架与机械臂的对比
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  打印路径几何以及墙体为何不直
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  开放时间、固化与天气窗口
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  公差：打印墙体与机加工件的衔接处
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  建筑工地 3D 打印何时适用、何时不适用

打印头不铺设塑料丝。它通过喷嘴挤出水泥基或地质聚合物砂浆，喷嘴通常宽 20–50 mm，料条高 10–30 mm。混合料含最大约 8 mm 的骨料，以及流变改性剂，使料条离开喷嘴后保持立挺。泵压和软管长度比多数人预想的更重要：30 m 软管可导致压力下降，使喷嘴供料不足并留下细薄料条。

新拌砂浆必须满足两个相互矛盾的要求。它必须能流过泵，然后在落地瞬间保持形状。这就是可打印混合料使用更高胶凝材料含量和更低水灰比的原因。典型坍落度远低于商品混凝土搅拌车交付的值。

两条相邻料条之间会形成冷缝。如果第二条料条在第一条失去初凝强度之前落下，两者会融合。如果之后落下，就会形成一条在成品墙中表现为薄弱面的接缝。这个时间间隔是作业中最重要的数字。

打印壳体很少是最终结构。多数项目打印墙体，然后在竖向空腔中放置常规钢筋，再灌浆并浇筑楼板。打印机替代的是模板，不是钢筋。

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  喷嘴直径20–50 mm；更宽意味着建造更快但表面更粗糙。
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  料条高度10–30 mm；薄料条结合更好但耗时更长。
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  骨料尺寸保持在喷嘴开口的三分之一以下，避免堵塞。

两类机器占主导。龙门架打印机在跨过占地范围的轨道上运行。机械臂安装在基座或移动底座上并向外伸展。选择决定整个场地布置，因为龙门架需要清晰的长方形占地，而机械臂需要可触及的工作包络。

龙门架机器在一个方向上扩展性好。4,000 mm 跨度是常规的，更大跨度通过延长轨道实现。由于框架刚性好且载荷路径短，它们能重复保持位置。代价是装夹时间。你需要水平楼板、锚固轨道和相当平整的场地。

机械臂更灵活。它们能进入现有建筑内部、在楼层间移动，并可绕过柱子打印。可达范围是限制：典型机械臂覆盖几米后就必须重新定位。每次重新定位都耗费对位时间，并引入新的坐标系需要验证。

对于带长直墙的两层壳体，龙门架通常在产能上胜出。对于带狭角的不规则平面，机械臂往往是唯一进入方式。有些场地两者并用：龙门架打主墙，机械臂做细节。

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  选择龙门架的情况平面为长方形，且有空间铺设轨道。
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  选择机械臂的情况平面不规则或场地已建有建筑。

打印墙体是一层层料条堆叠而成，每条料条顶部呈圆弧。该轮廓意味着有效壁厚不是喷嘴宽度。它是喷嘴宽度加上料条在自重下的摊开量，减去上层造成的压扁量。30 mm 喷嘴在成品表面可能测得 34–38 mm。

转角需要关注。打印头必须减速换向，如果泵仍以相同速率推送，转角就会鼓出。控制器会降低转弯内侧的挤出速率。如果该补偿失准，转角就会凹凸不平，后续需要磨削才能装上门框。

开口以间隙形式打印，然后桥接。900 mm 门洞上的过梁不是作为悬臂打印的；它要么在可拆卸模板上打印，要么在墙体固化后浇筑。让打印梁无支撑跨越开口是常见的早期错误。

竖向精度会累积。每层的小偏差在三米高度上累加，因此在设置二层楼板前要测量墙顶。底部 5 mm 误差在女儿墙处可能变成 20 mm。

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  转角控制在转弯前降低挤出速率，而不是转弯过程中。
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  开口使用模板或浇筑过梁；不要打印自由跨度。
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  高度检查每 500 mm 建造高度测量一次。

开放时间是指料条保持可粘结的时间。根据混合料设计、环境温度和风速，大约为 20 到 90 分钟。高于 30 °C 时窗口迅速缩短。低于 5 °C 时水化几乎停止，料条不会获得强度。

风是被低估的变量。流动空气会带走新料条的水分并干燥表面。这会形成一层表皮，下一条料条无法与之粘结。多数打印机在风速超过约 5 m/s 时使用防护罩或喷雾系统。

强度增长曲线与浇筑混凝土相同，只是起点不同。可打印混合料在 28 天时抗压强度通常达到 20–30 MPa。这里早期强度更重要，因为墙体必须在几分钟内承载下一层，而不是几天。

打印后的养护与普通混凝土相同：保持湿润、保持温度、保持覆盖。区别在于打印墙体单位体积的暴露表面积大得多，因此干得更快，需要更早保护。

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  温度最佳范围 15–30 °C；低于 5 °C 停止。
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  风风速超过 5 m/s 时加遮挡或喷雾。
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  早期强度必须在几分钟内支撑下一层。

打印墙体不是精密表面。三米长的墙面预期偏差 ±5–15 mm，混合料或天气变化时更大。这对壳体没问题，但对安装板、轴承座或必须密封的窗框不行。

这就是打印壳体与机加工嵌件必须一起设计的地方。通常做法是在打印墙内浇筑或灌浆埋入钢嵌件，再将嵌件加工到最终公差。打印机负责大体几何，机床负责接口。

如果接口是支架或连接板，在五轴加工中心上加工到 ±0.005 mm 是常规操作。我们运行 16 台五轴加工中心，铝件和不锈钢件可稳定达到 Ra 0.8–1.6 μm，正是用于这类嵌件。

尽早规划分工。在第一层打印前就确定哪些表面打印、哪些机加工，因为墙体固化后再加嵌件意味着钻孔和灌浆，更慢且可靠性更低。

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  打印表面三米范围内 ±5–15 mm 属正常。
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  机加工嵌件需要时可达 ±0.005 mm 和 Ra 0.8–1.6 μm。
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  设计规则打印前确定打印与机加工的分工。