3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)和混凝土領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越普遍,因?yàn)楣I(yè)家們意識(shí)到它的巨大優(yōu)勢(shì),人們對(duì)此進(jìn)行了加強(qiáng)空間結(jié)構(gòu)的試驗(yàn),檢查了3D打印的混凝土中的參數(shù),甚至使用了3D打印的水泥自修復(fù)膠囊。
在最近發(fā)表的《3D打印地質(zhì)聚合物混凝土的生命周期評(píng)估:事前研究》中,作者岳瑤(荷蘭萊頓大學(xué))、胡明明(重慶大學(xué)),F(xiàn)rancesco Di Maio(荷蘭代爾夫特工業(yè)大學(xué))和Stefano Cucurachi(荷蘭萊頓大學(xué))等人研究了混凝土中地質(zhì)聚合物的發(fā)展,并進(jìn)一步探討了3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用。
考慮到環(huán)境因素,作者正在評(píng)估使用3D打印和地質(zhì)聚合物(如硅酸鹽水泥)代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造方法的效果。通過(guò)生命周期的事前評(píng)估(LCA)對(duì)環(huán)境績(jī)效進(jìn)行了評(píng)估,制造商數(shù)據(jù)用于查明需要改進(jìn)的地方,并在研究人員在研究需要改進(jìn)的地方時(shí)與公司合作創(chuàng)建了“放大方案”。
氣候變化的貢獻(xiàn)分析
就建筑和水泥方面的3D打印而言,減少浪費(fèi)是最重要的好處之一,盡管地質(zhì)聚合物可能比普通混凝土對(duì)環(huán)境的影響更大,但研究表明,通過(guò)多方面改進(jìn),可以減少碳足跡。研究人員能夠通過(guò)降低地質(zhì)聚合物“配方”中的硅酸鹽含量來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
先前的研究表明,3D打印的建筑效率更高、排放更低、產(chǎn)生的廢物更少、能耗更低。事前評(píng)估可幫助研究人員評(píng)估通過(guò)噴墨3D打印制造地質(zhì)聚合物混凝土物體的優(yōu)點(diǎn)。
“這項(xiàng)研究旨在將環(huán)境管理與技術(shù)開(kāi)發(fā)相結(jié)合,并與技術(shù)開(kāi)發(fā)人員密切合作,研究表明,事前評(píng)估不僅可以估算潛在的環(huán)境影響,更重要的是,從目前的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)中,可以為未來(lái)3D打印地質(zhì)聚合物混凝土技術(shù)的部署提供指導(dǎo)?!毖芯咳藛T說(shuō)。
但是,建議的改進(jìn)仍然存在一些方面,在不久的將來(lái)很難加以整合:
研究人員說(shuō):“這項(xiàng)研究中的3D打印地質(zhì)聚合物混凝土技術(shù)的技術(shù)準(zhǔn)備水平(TRL; Moorhouse,2002)估計(jì)為6級(jí),已處于技術(shù)論證階段。這意味著,即使在TRL軌跡的較早階段也要使用LCA,以保證在技術(shù)的核心組件更加靈活的情況下,對(duì)技術(shù)創(chuàng)新提供更大的支持?!?/span>
就像跟隨市場(chǎng)動(dòng)向一樣,正在探索的技術(shù)正在興起,但是研究人員指出,它也相當(dāng)復(fù)雜。研究人員與技術(shù)開(kāi)發(fā)人員就未來(lái)的下列潛力進(jìn)行了合作:
·技術(shù)景觀
·市場(chǎng)滲透
·商業(yè)數(shù)據(jù)
·整體可行性
研究人員還創(chuàng)建了許多場(chǎng)景,包括題為“假設(shè)條件”的場(chǎng)景。
“要生成“假設(shè)分析”方案,首先要進(jìn)行熱點(diǎn)分析,然后根據(jù)改進(jìn)后的熱點(diǎn),使用熱點(diǎn)作為構(gòu)建基塊,開(kāi)發(fā)出四個(gè)方案。因此,熱點(diǎn)分析是在事前LCA研究中開(kāi)發(fā)按比例放大方案的一種結(jié)構(gòu)化方法。為了將事前LCA方法論的框架應(yīng)用于其他技術(shù)系統(tǒng),需要考慮其他情景類型和生成方法,因?yàn)樾枰M(jìn)行更多的案例研究和方法論上的貢獻(xiàn)?!毖芯咳藛T說(shuō)。
LCA幫助研究人員和分析人員盡早了解環(huán)境績(jī)效,并突出可能的挑戰(zhàn)。作者在分析3D打印地質(zhì)聚合物混凝土技術(shù)系統(tǒng)的三個(gè)階段時(shí),將這項(xiàng)研究描述為“從搖籃到大門”:
·原料
·運(yùn)輸
·3D打印地質(zhì)聚合物混凝土制造
研究過(guò)程摘要
本研究中使用的四種方案的詳細(xì)信息
總體而言,研究人員擔(dān)心的是3D打印有關(guān)的“差異”——原材料之間的差異,以及不同的硬件。然而,硅酸鹽在制造過(guò)程中產(chǎn)生了“巨大的影響”,并取得了更好的效果。
“目前的研究設(shè)置不包括這兩種技術(shù)系統(tǒng)的使用階段和生命終止階段。盡管在使用階段3D打印地質(zhì)聚合物混凝土和普通混凝土對(duì)環(huán)境的影響相似,但這兩種替代品的收集、處理和潛在的循環(huán)利用率可能會(huì)有所不同?!毖芯咳藛T總結(jié)說(shuō)。
“從原材料運(yùn)輸?shù)慕嵌葋?lái)看,3D打印地質(zhì)聚合物混凝土并不比普通混凝土有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于普通混凝土來(lái)說(shuō),由于市場(chǎng)的成熟性,原材料的供應(yīng)處于完整的商業(yè)規(guī)模。普通混凝土的原料運(yùn)輸距離不長(zhǎng)。這些方面的確在資源使用方面仍然沒(méi)有多少改善和合理化的余地?!?/span>
3D打印地質(zhì)聚合物混凝土的流程圖
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