土木基础设施如何运用聚合物复合材料3D打印-formnext深圳3d打印展会

作为Stellantis集团的重要子公司，柯马在汽车行业拥有深厚背景。在全球供应链面临挑战、美国关税政策影响下，汽车制造商寻求本地化生产解决方案。柯马的机械臂3D打印技术可实现零部件快速试制与小批量生产，减少对外部供应链依赖，降低库存与物流成本，缓解通胀压力，提升供应链韧性。从长远看，汽车厂商掌握该技术后，设计流程可能重大变革，设计师可利用3D打印创造复杂结构，加速产品迭代。对于欧美国家在电动汽车和混合动力车领域追赶中国而言，这种本地化、柔性制造技术体系或成重要战略优势。

3D打印聚合物复合材料在民用基础设施中的应用

2025年6月6日，皇家墨尔本理工大学、南昆士兰大学(UniSQ)、墨尔本大学、舍布鲁克大学以及昆士兰州交通与公路部的研究人员在《Automation in Construction》期刊上发表了一篇题为“Advancing polymer composites in civil infrastructure through 3D printing”的综述，探讨了通过增材制造技术将聚合物复合材料应用于民用基础设施。

研究背景与材料优势 聚合物复合材料因其高强度重量比、耐腐蚀性和设计灵活性，已成为土木工程领域用途广泛的材料。它们在汽车、航空航天和建筑等众多领域取代了金属。将聚合物与纤维或颗粒等增强材料结合，可以增强机械性能和热性能，从而支持广泛的工业应用。这些复合材料具有优异的抗疲劳性、耐磨性和环境耐久性，在土木工程中的应用范围广泛，包括聚合物改性混凝土、纤维增强聚合物筋、密封材料、防水膜和防护涂层。

增材制造技术
增材制造(AM，俗称3D打印)能够基于数字模型逐层构建物体，减少材料浪费，并实现复杂的几何形状。综述介绍了适用于聚合物复合材料的各种增材制造技术，包括基于挤压的工艺(如熔融沉积成型FDM和直接墨水书写DIW)、粉末床熔合方法(如选择性激光烧结SLS和粘合剂喷射)以及直接能量沉积技术。材料挤压广泛应用于民用基础设施，用于打印混凝土、陶瓷和聚合物。粘合剂喷射技术通过将液体粘合剂施加到粉末床上制造固体部件，而粉末床熔融技术则利用热能选择性地熔化或烧结粉末。直接能量沉积技术适用于建筑中的金属部件，以粉末或丝状形式供给材料，并在沉积过程中熔化材料。

研究挑战
尽管增材制造在民用基础设施领域已获得广泛关注，但通过增材制造技术整合聚合物复合材料的研究在学术研究中仍然鲜有涉及。大多数现有综述侧重于纤维增强聚合物在传统建筑应用中的应用，往往忽视了它们在增材制造领域的潜力。可持续替代品(如再生聚合物和生物基聚合物)在建筑行业脱碳努力中的重要性日益增强，但开发程度也尚未充分。机械性能是民用基础设施中3D打印聚合物复合材料的关键考虑因素，逐层沉积工艺会导致材料各向异性等问题，可能导致拉伸强度和层间附着力降低，影响打印部件的承载能力和长期可靠性。环境耐久性也是另一个值得关注的问题，暴露于紫外线辐射、湿气和温度波动会降低聚合物复合材料的性能，限制其在户外或高应力环境中的适用性。此外，缺乏标准化的设计规范和认证途径，进一步加剧了3D打印聚合物复合材料在民用基础设施中的应用难度。

研究方向与未来机会

论文作者确定了几个研究重点，包括优化打印参数以降低孔隙率并增强层间粘附性、探索可持续材料(如再生和生物基聚合物)以及研究具有自修复和嵌入式传感器等特性的智能材料。大幅面增材制造被视为生产耐用、高性能基础设施部件的良机，机器人大幅面增材制造等技术能够制造复杂的几何形状和连续纤维增强材料，支持对强度和设计灵活性要求高的应用。

材料科学家、工程师和监管机构之间的跨学科合作对于推动3D打印聚合物复合材料在民用基础设施中的应用至关重要。研究工作应侧重于制定可靠的测试方案，了解这些材料在环境压力下的长期性能，并融入到可持续的建筑实践中。

文章来源：FormnextAsia深圳增材展

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