Design for 3D Concrete Printing
Optimisation Through Integrated Workflows
Tid: Må 2023-12-18 kl 13.00
Plats: B1, Brinellvägen 23, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/63851449450
Språk: Engelska
Ämnesområde: Byggvetenskap, Betongbyggnad
Licentiand: Jose Hernández Vargas , Betongbyggnad, Arkitekturteknik
Granskare: Associate Professor Roberto Naboni, Syddansk Universitet (SDU), Odense, Danmark
Huvudhandledare: Professor Johan Silfwerbrand, Betongbyggnad; Dr Helena Westerlind, Arkitektur
QC 20231124
Abstract
Övergången från traditionell gjuten betong till 3D-betongutskrift 3D Concrete} Printing eller 3DCP) markerar ett paradigmskifte genom att direkt deponera färsk betong lager för lager enligt en digital modell, utan behov av formar. Denna teknik erbjuder möjligheter att uppnå innovativa och komplexa geometrier genom en automatiserad process. Dessutom förenklar digitaliseringen interaktionen mellan olika intressenter, vilket minskar mänskliga fel och ökar byggkvaliteten.
Denna licentiatavhandling syftar till att utvidga designomfånget för denna snabbt växande teknik genom att undersöka dess designmöjligheter, relevanta utskriftsparametrar och kapaciteter för strukturell optimering inom de rådande begränsningarna av processen. Forskningen fokuserar på utvecklingen av integrerade design-till-tillverkning-flöden för styrning, analys och optimering av utskriftsvägar med hänsyn till material- och processbegränsningar. Dessutom genomförs en omfattande litteraturöversikt med särskild betoning på 3DCP:s expansiva designkapacitet.
Experimentella studier omfattade design, tillverkning och testning av betongprototyper med ett skräddarsytt 3DCP-system baserat på en robotarm. Resultaten visade att anpassade materialfördelningar framgångsrikt kan programmeras och genomföras, vilket resulterade i prototyper med förbättrad strukturell prestanda. Laboratorietester på topologioptimerade oarmerade 3DCP-balkar visade en betydande ökning av bärförmåga per enhetsvikt jämfört med konventionella 3D-utskriftsmönster.
Forskningen ligger i linje med byggbranschens övergripande hållbarhetsmål. Även om cementinnehållet i 3D-utskriven betong för närvarande tenderar att vara högre jämfört med konventionella metoder, erbjuder teknologin potential att optimera materialanvändning, minimera spill och lägga till funktionaliteter i konstruktioner, vilket ger möjligheter att minska betongkonstruktioners miljöavtryck. Genom att integrera tillverkningsbegränsningar i designprocessen skisserar denna studie en väg för att utöka designmöjligheterna för 3DCP mot implementering av material-effektiva konstruktioner med varierande egenskaper. Slutligen bidrar denna studie till att överbrygga klyftan mellan digital design och digitala tillverkningsmetoder, och därmed främja betongbyggandets metoder.