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2021/01

受龙虾壳启发 研究人员打造出更坚固的3D打印混凝土

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澳大利亚皇家墨尔本理工大学(RMIT University)的科学家们通过模仿龙虾壳上的弯曲图案提出了一种3D打印技术从而使得混凝土具有更大的强度。

RMIT大学的研究人员正在试验3D打印混凝土的不同方法，希望能在这种新兴建筑形式中开辟新的可能性。通常情况下，混凝土结构是通过在模具中浇铸材料而形成，而3D混凝土打印(3DCP)所创建的结构则是通过平行线一层一层地打印堆砌而成。

作为研究的一部分，科学家们在混凝土混合料中加入了1%到2%的钢纤维并研究了3D打印中常用的单向模式的多种替代方案，然而他们发现螺旋型模式特别成功。这一灵感来自于龙虾壳的内部结构，据悉，龙虾壳为甲壳类动物提供了强大的保护盾。

该项研究的首席研究员Jonathan Tran博士表示：“我们的研究探索了不同的打印图案是如何影响3D打印混凝土的结构完整性，并且还首次揭示了3DCP中仿生方法的好处。我们知道，像龙虾外骨骼这样的天然材料在数百万年的时间里已经进化成高性能的结构，所以通过模仿它们的关键优势，我们可以跟上大自然已经创新的地方。”

据研究人员介绍称，这些螺旋状图案带来的强度增强可以允许3D打印技术打印出更高、更复杂的混凝土结构。他们将在一个新的5×5米移动机器人打印机的帮助下探索这些可能性，并同时研究如何在回收废料的帮助下制作出该类型的3D打印混凝土结构。

Tran指出：“由于龙虾壳天生坚硬、自然弯曲，我们知道这可以帮助我们提供更坚固的混凝土形状如拱门和流动或扭曲的结构。由于目前这项工作还处于早期阶段，所以我们需要展开进一步的研究来测试混凝土在更大范围内的性能，但我们的初步实验结果表明，我们的研究方向是正确的。”