[发明专利]一种3D打印编织一体化成型的复合板的建造方法及复合板

说明书

本发明公开了一种3D打印编织一体化成型的复合板的建造方法及复合板，所述复合板包括底板和板肋，包括：选取基本结构构件，进行结构空间优化；确定线材的编织范围，并在编织范围设置编织定位点；确定线材的编织用量；根据编织范围和编织用量确定编织流程，并与基体打印流程共同组合设计，形成打印编织一体化流程；配制3D打印材料；根据打印编织一体化流程进行3D打印基体和编入线材，得到复合板。本发明提供的建造方法制备的复合板采用高强线材替代钢筋，减少了建筑施工程序且美化了复合板的空间造型，并有效改善了3D打印基体抗拉、抗剪、抗磨和抗裂性能，大大增强结构构件的断裂韧性和抗冲击性能，提升构件的疲劳性能及其耐久性。

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，特别涉及一种3D打印编织一体化成型的复合板的制备方法及复合板。

背景技术

由于现有打印材料的强度和耐久性一直亟待提升，当前3D打印技术也缺乏基体与传统增强材料，如钢筋的组合形式，导致这些打印建筑构件如楼板受限于打印材料性能，多为小空间小跨度的小型民用建筑。要增大结构跨度和抗力，需要在打印楼板中有效引入增强材料。

板外形扁平，宽厚比大，是最常用的建筑构件之一。板的建造需要大量模板、脚手工程，现代结构中大量板材需要预制加工，如果可以采用3D打印技术免模施工，将带来施工程序上的重大改进。

采用现有3D打印材料3D打印建筑无需模具，增材自制，快速方便；但这些打印材料多为脆性材料，抗拉强度较低，无法满足楼板构件的抗弯与抗拉需求，需要与一种柔韧高强，几何可变的材料组合形成强韧的空间网络，才能保障结构在多种使用工况下的承载能力，变形能力和耐久性能。而传统的建筑钢材和复合纤维材料多以筋材形式制造，需要根据设计进行切割，绑扎，定位，形成刚性骨架，施工工序繁杂，难以与现有3D打印技术融合集成。

现阶段公开的3D打印建筑施工方法，如公开号为CN106760532A的中国专利文献公开了一种基于3D打印的建筑物施工方法，公开号为CN105756187A的中国专利文献公开了一种3D打印工艺与混凝土结合的建筑工造、施工方法，都是利用3D打印工艺的形塑能力打印外壳，然后采切割钢筋，绑扎，定位吊装，最后在3D模板里浇筑普通混凝土将二者进行组装，这种建造方式仅仅利用3D打印技术节省了模板工程，没有充分利用3D打印技术形成一体化自动化的智能建造技术，而且这种技术也不适合于厚度较薄的楼板建造。

综上，如何采用现有的3D打印技术和已有的水泥基胶凝材料，与高强高韧复合材料相结合制造板构件是现阶段关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印编织一体化成型的复合板的建造方法，本发明提供的建造方法制备的复合板采用高强线材替代钢筋，减少了建筑施工程序且美化了复合板的空间造型，并有效改善了3D打印基体抗拉、抗剪、抗磨和抗裂性能，大大增强结构构件的断裂韧性和抗冲击性能，提升构件的疲劳性能及其耐久性。

一种3D打印编织一体化成型的复合板的建造方法，复合板包括底板和板肋，包括以下步骤：

(1)选取基本结构构件，空间建模后采用有限元分析，结合应力云图，设定判别域，进行结构空间优化，得到优化后的复合板结构；

(2)根据优化后的复合板结构的拉应力分布、以及复合板的受力阈值为依据确定线材的编织范围，并在编织范围设置编织定位点；根据复合板的承载能力确定线材的编织用量；

(3)根据步骤(2)得到的编织范围和编织用量确定编织流程，并与基体打印流程共同组合设计，形成打印编织一体化流程；

(4)配制3D打印材料；

(5)根据步骤(3)中的打印编织一体化流程进行3D打印基体和编入线材，得到复合板。