Vai trò của thép in 3D trong xây dựng cấu trúc trong tương lai và các ứng dụng hứa hẹn nhất của nó

In 3D thép thể hiện sự đổi mới biến đổi trong xây dựng, xác định lại các mô hình sản xuất truyền thống thông qua tự do hình học, hiệu quả vật liệu, tính bền vững và khả năng thích ứng.

1. Ưu điểm công nghệ: Xác định lại sản xuất

1. Tối ưu hóa hình học và cấu trúc liên kết phức tạp
   Chế tạo thép truyền thống (ví dụ, hàn, đúc) đấu tranh với các thiết kế phức tạp như cấu trúc mạng, hình dạng sinh học hoặc các kênh làm mát tích hợp. In 3D cho phép chế tạo liền mạch các hình học được tối ưu hóa. Ví dụ, cây cầu thép in 3D MX3D, ở Amsterdam đã giảm 95% điểm hàn, giảm 40% trọng lượng trong khi tăng cường sức mạnh. Tương tự, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã in các thành phần thép chống bức xạ cho các lò phản ứng tổng hợp, đạt được sự cải thiện 30% trong việc tản nhiệt thông qua các cấu trúc mạng lưới bên trong.

2. Hiệu quả vật liệu và tiết kiệm chi phí
   Sản xuất phụ gia làm giảm chất thải vật liệu từ ~ 70% (theo phương pháp trừ) xuống <5%. Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) đã chứng minh điều này bằng các thành phần thép hình chữ S 3D cho Trạm vũ trụ quốc tế, giảm 60%chi phí vận chuyển. ARUP ước tính các cấu trúc thép in 3D có thể giảm 75% lượng khí thải CO2 và sử dụng vật liệu xuống 40%.

3. Tính bền vững và nền kinh tế tuần hoàn
   Xỉ thép và chất thải công nghiệp hiện được tái sử dụng thành mực in 3D. Công nghệ Yingchuang sử dụng xỉ thép chế biến để in các bức tường với sức mạnh tương đương với bê tông, đạt được khả năng tái chế 100%. SHOUGANG GROUP LifeSpan LifeSpan bằng 3X bằng cách sử dụng in 3D bằng laser để sửa chữa máy móc.

2. Ứng dụng cốt lõi: Từ môi trường khắc nghiệt đến xây dựng hàng ngày

1. Không gian và môi trường khắc nghiệt
   INA Microgravity in 3D của các thành phần thép không gỉ (có giá ~ 20.000 đô la/kg để vận chuyển từ Trái đất) mở đường cho việc sửa chữa theo yêu cầu trong không gian. Các cơ sở mặt trăng trong tương lai có thể tận dụng việc in 3D để biến regolith mặt trăng giàu sắt thành các thành phần cấu trúc.

2. Các nút kiến ​​trúc phức tạp và thiết kế tùy chỉnh
   Tập đoàn Kỹ thuật Xây dựng Nhà nước Trung Quốc (CSCEC) sử dụng in 3D để tạo ra các nút thép cường độ cao, nhẹ cho các tòa nhà chọc trời, giảm trọng lượng 25% và cải thiện khả năng chịu tải 15%. Các khuôn in 3D của ETH Zurich cho mặt tiền nhôm (ví dụ: mặt tiền sâu) cắt giảm trọng lượng 30% trong khi tăng 20% ​​khả năng chống gió.

3. Sửa chữa và gia cố cơ sở hạ tầng
   Lấy kim loại laser (LMD) cho phép sửa chữa đường sắt nhanh chóng, đạt tốc độ nhanh hơn 100 lần so với các phương pháp thủ công (ví dụ, hệ thống sửa chữa đường sắt của Đại học Shijiazhuang Tieda). Đối với cầu, in 3D lấp đầy các vết nứt với độ chính xác, tránh thay thế đầy đủ tốn kém.

4. Xây dựng mô -đun và khẩn cấp
   Nhà mô-đun được in 3D của Tập đoàn Baowu, giảm 70%thời gian xây dựng, tích hợp các tiện ích và ốp. Trong các khu vực thảm họa, máy in 3D di động có thể triển khai các nơi trú ẩn trong 24 giờ, thích nghi với các địa hình như núi hoặc vùng đồng bằng ngập nước.

3. Thách thức và hướng dẫn trong tương lai

1. Những hạn chế hiện tại

   • Trị giá : Máy in kim loại quy mô lớn có giá 1m - 5m, với các vật liệu chiếm 80 chi phí 90%.
   • Tốc độ : Tỷ lệ in (~ 5 kg/h) tụt hậu so với chế tạo thép thông thường (~ 50 kg/h).
   • Tiêu chuẩn : Thiếu mã thiết kế hợp nhất và khung kiểm soát chất lượng giới hạn việc áp dụng quy mô lớn.

2. Đổi mới mới nổi

   • In theo điều khiển AI : Cây cầu được trang bị cảm biến MX3D, sử dụng dữ liệu thời gian thực để tối ưu hóa các tham số in thông qua các cặp song sinh kỹ thuật số.
   • Vật liệu lai : In ấn tổng hợp bằng thép có thể hợp nhất cường độ kéo và nén.
   • Bầy robot : Đội máy in di động có thể in các megance tại chỗ, khắc phục các ràng buộc kích thước.

3. Hợp tác chính sách và ngành công nghiệp
   Chính phủ phải khuyến khích các liên minh R & D (ví dụ: quan hệ đối tác Airbus-Addup để in không gian) và tiêu chuẩn hóa tái chế chất thải (ví dụ, xỉ thép) để cho phép các nền kinh tế tròn.

Thép in 3D đang chuyển từ các phòng thí nghiệm sang các dự án trong thế giới thực. Ngắn hạn (2025 bóng2030) , nó sẽ thống trị các ứng dụng thích hợp như cơ sở hạ tầng không gian, các tòa nhà mang tính bước ngoặt và sửa chữa quan trọng. Dài hạn (sau năm 2030) , khi chi phí giảm (<$ 500K mỗi máy in) và tái chế các loại mực trưởng thành, nó có thể cách mạng hóa việc xây dựng chính thống, thúc đẩy ngành công nghiệp hướng tới các hoạt động thông minh, thông minh và thông minh. Các bên liên quan phải đầu tư vào cơ sở dữ liệu vật chất và tài năng liên ngành (hợp nhất luyện kim, AI và thiết kế) để đảm bảo sự lãnh đạo trong sự thay đổi mô hình này.