29、超级复合材料：碳纤维灌注3D打印构造

超级复合材料：碳纤维灌注3D打印构造

1. 引言

本文聚焦于一系列技术创新的应用与发展，这些创新能够通过碳纤维增强3D打印聚合物的制造方法，实现复杂建筑形式的设计与建造。这种灌注纤维增强塑料（IFRP）方法为构建具有复杂几何形状和紧凑构造的超级复合材料提供了可行途径。该策略是Snooks研究实验室更大规模设计研究的一部分，旨在通过复杂算法建筑的复合制造，探索表皮、结构、服务和装饰之间构造关系的压缩。

这种研究为探索3D打印在建筑领域应用的建筑师群体做出了贡献。研究源于对3D打印半透明塑料设计影响的探索，以及如何对其进行加固以使其能在建筑中得到可靠应用。虽然熔融沉积建模（FDM）是一种相对成熟的3D打印技术，但将其应用于大规模建筑制造时，需要在硬件、打印技术、软件开发、建筑细节、结构设计和构造设计等方面进行大量创新。本文将介绍其中一些进展，包括打印拓扑复杂的形式、将形式细分为可打印的部分、非平行打印技术、在打印管道中灌注碳纤维、对碳纤维灌注塑料部件进行结构分析和设计以及连接系统等。

2. 背景

2.1 建筑中的纤维复合材料

复合材料制造和加工技术的进步，使得合成聚合物复合材料成为一种新型建筑材料。纤维复合材料在建筑中的应用至少可以追溯到1956年的孟山都之家。近年来，聚合物复合材料在建筑施工和相关讨论中再度兴起。以建筑师Greg Lynn为例，他长期创新应用复合材料，实现了复杂曲率的建筑形式。他将“复杂性”描述为元素之间的构造关系，通过连续和渐变的变化产生动态的空间效果。Lynn设想建筑制造方式的转变，即通过热融合和化学连接取代机械连接的组装方式。在他的作品中，使用纤维增强聚合物复合材料可以使几何形状逐渐转变，从而展现结构并使荷载路径