位于奥地利的高校 FH Campus Wien 完成了一项为期五年的研究项目，证明混凝土构件可以在牺牲承载能力的前提下，使用比传统建筑方式少三分之二的材料进行 3D 打印。该项目名为 C3PO（Concrete! 3D Printed Objects），执行期为 2021 年 8 月 1 日至 2026 年 7 月 31 日，由维也纳市商业、劳动和统计部门通过该校的建筑与设计研究中心及其高科技制造学位课程资助。
机器人系统内部
该项目旨在削减材料用量的同时，保持建筑的经济性和环境友好性。为此，研究人员在该校的高科技园区建立了一套专用的混凝土3D打印系统，核心是一台安装在七米长轨道系统上的工业机器人。机器人的运动轨迹根据目标形状进行编程，然后逐层施加打印材料，项目团队在项目过程中开发了多种不同的挤出机系统。项目负责人 Marc Pfleger 表示，增材制造能够实现用标准方法难以实现的形状，并且将这项技术与预应力构件相结合，可以进一步提高结构设计中的材料效率。Elisabeth Radl 于 2026 年初接手项目管理，她表示，经过多年对硬件和打印材料的微调，该工艺已使原型件能够持续、稳定地生产出来。"混凝土 3D 打印是可行的。"她说。研究团队目前正在研究这些原型的承载行为和耐久性，为最终的实际应用奠定基础。
3D打印混凝土构件。图片来源：HCW/Schedl。
一个更复杂的后续项目已经在进行中
随着 C3PO 的完成，FH Campus Wien 已经启动了一个后续项目 C3PRO（Concrete 3D Printed Reinforced Objects）。C3PO 侧重于开发底层技术并通过原型件测试可行性，而 C3PRO 的目标则是更大的混凝土构件和天花板构件，特别关注它们的弯曲应力能力，例如与住宅和工业建筑的天花板系统相关的能力。
该后续项目由 FH Campus Wien、维也纳科技大学和奥地利建筑技术协会共同执行，并得到了建筑行业和公共部门 25 个以上合作伙伴的支持。研究人员将下一阶段描述为将工作从原型件推向真正可用规模的建筑结构。
FH Campus Wien 将混凝土 3D 打印视为一种对建筑行业具有真正潜力的工艺，并指出其具有减少材料用量、实现自动化制造以及按需生产复杂形状的能力。尽管如此，该大学指出，公开的研究问题仍然存在，特别是在将钢筋构件有效集成到打印结构中方面，已完成的 C3PO 项目旨在帮助弥补这一差距，以便 C3PRO 项目能够继续推进。
作为后续装配的半成品部件的支撑段的制造过程。图片来源：HCW/Schedl
融入了教学，而不仅仅是研究
学生在整个项目中发挥了重要作用。来自该校土木工程、建筑管理与建筑学、绿色建筑专业的本科生和硕士生为这项研究做出了贡献，作为 C3PO 项目的一部分，共指导完成了 16 篇学士论文和 24 篇硕士论文，这种安排旨在使工作同时扎根于研究、课堂教学和实践操作。
各大学竞相应对材料效率挑战
C3PO 试图通过几何形状来解决混凝土的材料问题。研究人员不断汇集的核心思想是，混凝土结构很少需要是实心的才能承载其荷载，只在应力实际上流经结构的地方塑造材料，可以在不削弱结构的情况下减少体积，这一原则正是几个大学团队一直在并行测试的。
宾夕法尼亚大学的研究人员将这一想法推向了更远的程度，他们利用硅藻土开发了一种可 3D 打印的混凝土，其用料比实心形式减少了 68%，同时保留了 90% 的抗压强度，其形状采用了受骨骼和珊瑚启发的三周期极小曲面几何结构。
皇家墨尔本理工大学与河北工业大学合作，采用类似的路线，模拟龙虾壳图案的轻质晶格结构，将材料用量减少了约三分之一，同时提高了承载能力。
其他机构则通过资金和材料研究来实现这一目标。佛罗里达国际大学从美国陆军获得了 320 万美元，用于开发旨在消除结构弱点的 3D 打印超高性能混凝土，而格拉茨技术大学则研究了混凝土 3D 打印如何为建筑行业带来巨大的材料节约，同时大幅削减二氧化碳排放。
来源：中国3D打印网编译文章！
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