期刊上的新突破添加剂制造显示了一个由布利格德等级架构启发的混凝土标本，以开发3D混凝土打印。在降低重量冲击测试期间，评估了带有或没有钢纤维的3D打印混凝土样品的撞击性能。
学习：生物启发的布利格结构的3D混凝土打印：抗冲击力的研究。图片来源：Maxfield Feekley/Shutterstock.com
基于挤出的机械特性的3D打印技术研究集中在静态行为上，几乎没有重点放在动态反应上。
流行的3D混凝土画
近年来，三维混凝土印刷（3DCP），也称为混凝土添加剂制造（AM），近年来在建筑行业中广受欢迎。与传统的模制铸造相比，基于挤出的3DCP采用逐层沉积方法，允许制造具有复杂几何形状的混凝土结构，对劳动人员的依赖减少以及建筑生产力的提高。
然而，3DCP的迅速增长有一些局限性，例如对3D打印混凝土样品的机械特性的定向影响，然后进一步称为机械各向异性，在打印过程中实现有效的实施强化实施的复杂性以及A能够整合民事和机器人工作的经验丰富的工人的稀缺性。
AM业务中的仿生型越来越流行，等同于数学拓扑优化，因为从自然有机体中学习可以改善事物的物理特性和特征，同时还可以优化材料布局。
生物启发的结构的概念最近已应用于3DCP的设计和开发阶段，在该阶段，在材料使用降低的同时，可以改善3D打印混凝土项目的机械和结构质量。
伟大的机械特性
结构混凝土的机械特性可以通过3DCP中的仿生螺旋模式来增强。这些破裂模式使在形成的水泥糊状细丝之间的界面处的断裂传播控制，从而改善了功率耗散和耐用性。
在具有明显俯仰的标本中，可以跨物质而不是跨层界面形成裂纹。此外，他们的测试结果表明，增加的螺距角增强了布利甘构结构中破裂和故障力的模量。
bouligand结构作为灵感
在Mantis Shrimp的Dactyl Club中看到的Bouligand结构（螺旋序列）就是一个例子。Mantis虾的Dactyl附属物使其可以使用峰值打击速度和高发电力来严重粉碎其被炮弹的猎物。Dactyl附属物承受巨大惊人力量的能力使它变得如此惊人。
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这是由于Dactyl Club的螺旋式排列，其中将局部平行的几丁质原纤维的段彼此分层，上层从下层填充了一个特定的角度。在大多数情况下，启动裂纹沿着螺旋形成中纤维状的旋转方向扩散，从而导致裂纹扭曲和偏转，从而增加每体积的裂纹表面。
这可以改善螺旋结构内部内部的能量耗散和应力松弛，而不会引起灾难性的衰竭，这解释了Dactyl的裂缝耐药性增加。
由于包括传统钢筋的技术挑战，3DCP研究已将钢纤维增加到打印机的过程，以提高可打印混凝土的机械品质。
研究结果
对于所有没有钢纤维的印刷样品的冲击长度相对较短，峰值载荷的幅度约为3至4 kN。导致测试样品破碎成两个单独部分的能量吸收程度很低。冲击峰值力和吸收能量仅受俯仰角差的略微影响。
在冲击测试的下方，印刷样品用钢纤维加固，具有单向印刷设计，与那些具有螺旋形图案的其他样品显示出明显不同的反应。影响持续时间约为1 ms，比其他持续时间明显短。它的峰值撞击力大约比其他峰值（8-13 kN）低。此外，它的能量吸收程度大大低于其他标本。
带有钢纤维的样品显示出8n的高峰值力，这是所有标本中最高的。峰值力的实质差异可能归因于各种纤维方向，这使水泥基质和钢纤维之间的应力传播更加困难。
3D混凝土打印的进步
另一方面，由于影响器重量的差异和产生不同影响速度的变化，因此不同的影响能量水平可能导致对混凝土样品的负载率不同。这很可能会改变裂缝区域中裂纹的发展方式，裂缝区域旨在通过使用统一的冲击能量水平在未来的研究中减少。
此外，主张使用钢纤维连接层间粘结丝的新加强策略，以提高3D打印的纤维增强混凝土和Bouligand结构的机械性能性能。
参考
Liu，J。等。（2021）。生物启发的布利格结构的3D混凝土打印：抗冲击力的研究。2021年12月3日在线获得。https://www.欧洲杯线上买球sciendirect.com/science/article/pii/s2214860421006916?via%3dihub
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