27、3D打印与编织技术在建筑结构中的创新应用

3D打印与编织技术在建筑结构中的创新应用

1. 有限元方法在建筑模拟中的应用

在建筑结构的研究中，有限元分析（FEA）软件发挥着重要作用。研究中使用了ABAQUS软件，并借助其Python接口，直接从Rhinoceros工作环境中导出复杂的边界条件。基于对问题的不同假设，测试了不同的步骤，如Static - RIKS和Dynamic - Explicit。通过有限元分析，不仅可以分析最终的几何形状，还能可视化弯曲引起的内部应力。

2. 3D打印技术在建筑中的应用

2.1 3D打印技术概述

如今，增材制造技术，特别是3D打印技术，为建筑行业带来了新的可能性。采用生物基材料和可完全回收的改性塑料，有望实现全绿色建筑技术。同时，机器人辅助的3D打印技术使建筑师能够创造出比以往更复杂的几何形状。在本研究中，带有结构图案的3D打印板材被用作壳体结构的支撑，以实现可行且高效的建筑方法。该3D打印技术基于机器人辅助的FDM挤出，使用的材料是定制的改性塑料ABS，其机械性能如下表所示：
| 名称 | 密度(g/cm³) | 杨氏模量(GPa) | 拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| ABS | 1.05 | 2.25 | 40.7 | 61.5 |

2.2 设计与弯曲测试

预研究旨在建立一种简单的设计方法，并测试在每个设计过程中应用先进技术的可行性，主要测试了三个主题：
1. 图案设计 ：由于初始几何形状需3D打印成网格系统，因此对其图案设计进行了研究和测试。