建筑業(yè)是溫室氣體的最大貢獻(xiàn)者之一，因為全球三分之一的排放量來自建筑行業(yè)。這些溫室氣體中的很大一部分體現(xiàn)在用于地板系統(tǒng)的混凝土中，因此研究人員正在進(jìn)行各種努力以減少整個建筑物中混凝土的使用。在不犧牲強(qiáng)度的情況下使用更少材料的關(guān)鍵是幾何。拱形是一個很好的例子：壓在拱頂上的重量分布在整個形狀中，因為它可以將力分解為壓縮應(yīng)力，同時消除拉伸應(yīng)力。Block Research Group建筑技術(shù)研究所和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一組研究人員使用3D打印技術(shù)將相同的原理應(yīng)用于混凝土地面。
由于其分層性質(zhì)，3D打印件的拉伸強(qiáng)度低于建筑行業(yè)中的大多數(shù)材料，但是它們的抗壓強(qiáng)度相當(dāng)高。通過在地板系統(tǒng)中設(shè)計肋骨和拱門，團(tuán)隊可以將推力轉(zhuǎn)換為壓縮力; 這被稱為索道系統(tǒng)。在Philippe Block和Tom Van Mele的帶領(lǐng)下，工程師們使用了ExOne S-Max 3D砂紙打印機(jī)，其打印量為1.8×1.0×0.7米，可以打印五個連接在一起的打印件?！跋噜徳刂g沒有使用機(jī)械連接。相反，原型的壓縮主導(dǎo)結(jié)構(gòu)形狀允許簡單的界面設(shè)計，僅使用公 - 母互鎖特征來保證對齊，“ 該論文指出。
為了生成纜索形式，他們使用了推力網(wǎng)絡(luò)分析（TNA）及其軟件實(shí)現(xiàn)RhinoVAULT; 他們在制造之前模擬了數(shù)百種不同的配置。制作了第一個3D打印砂地板，并經(jīng)過了嚴(yán)格的測試，確保材料符合規(guī)范并且安全，供人們使用。它很好，但僅比所需的負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)低3％，因此對于第二個3D打印的砂地板，肋條進(jìn)行了略微修改，這符合負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)。第三次迭代是一種不同的設(shè)計，具有更高的載荷限制但經(jīng)歷了更大的偏轉(zhuǎn)，團(tuán)隊計算的問題可以通過額外的預(yù)加載來解決。
他們的實(shí)驗表明，地板系統(tǒng)可以使用這些幾何形狀生產(chǎn)，這些幾何形狀比傳統(tǒng)混凝土板中使用的材料少70％。他們繼續(xù)他們的研究，并使用傳統(tǒng)的FDM 3D打印機(jī)創(chuàng)建模具，使他們能夠?qū)⑺鳡罱Y(jié)構(gòu)直接結(jié)合到混凝土地板中，放置在NEST HiLo（高性能，低能耗）項目公寓中，該項目具有可持續(xù)性和高科技性建筑方法。它正在瑞士的Dübendorf建造，并將容納來訪的ETH教員。
這些3D打印地板系統(tǒng)不僅可以釋放材料，還可用于布線和導(dǎo)管的空間。Block Research Group正與ETH的建筑與建筑系統(tǒng)實(shí)驗室合作，確定HVAC（加熱和冷卻）系統(tǒng)是否可以集成到地板中，這似乎很可能。令人遺憾的是，地板將被覆蓋，因為這些圖案在美學(xué)上令人愉悅。
如果沒有3D打印，通常無法制造減少材料使用的幾何形狀。并不是建筑師和建筑工程師不知道這些形狀可以用在混凝土地板上以使它們更堅固，這些形狀是非常昂貴或不可能通過傳統(tǒng)方式創(chuàng)造。3D打印已經(jīng)存在了一段時間，但是一些面臨嚴(yán)格法規(guī)并且具有長期建立的供應(yīng)鏈和工作流程的行業(yè)采用新技術(shù)的速度較慢。對于建筑行業(yè)而言，等待建筑構(gòu)件中3D打印應(yīng)用的強(qiáng)有力驗證更為安全，但3D打印房屋，3D打印橋梁以及其他通過3D打印實(shí)現(xiàn)的混凝土減少方法，這些驗證正在堆積，業(yè)界正在注意。
