增材制造技术原理及其在建筑行业的应用研究

发布时间：2017-03-25 13:02

  本文关键词：增材制造技术原理及其在建筑行业的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：进入21世纪后,数字技术得到了快速的发展,并且深入到人们生活的方方面面,给社会各个领域都带来了翻天覆地的变化,也给建筑业的发展注入新的动力。在信息化社会,社会生产已经与计算机技术紧密切相关,计算机技术无时无刻不影响着社会生产实践。同样,数字化建造技术对建筑行业的影响也是不言而喻的,从理论方法到工程实践都为建筑行业带来巨大的突破。3D打印技术是数字化建造技术中的一项新兴技术,目前在建筑领域正在不断的应用和发展。目前由于应用于建筑打印材料的昂贵、打印机技术不够成熟、打印过程中材料的浪费等原因都限制了增材制造技术(又称3D打印技术)在建筑行业的应用发展,因此目前只有少量工程中应用到了3D打印技术。本文通过对“城之莲”商业广场建筑结构的设计及打印,对打印过程中出现的物体分割问题、材料优化问题、空间结构优化等问题进行了分析研究,并应用基于熔融层积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)原理的3D打印技术对“城之莲”商业广场进行了缩尺打印,以指导3D打印在建筑行业中的进一步应用。本文的完成的主要工作如下:1、本文阐述了论文研究背景与意义,归纳了国内外关于数字化建造技术、3D打印技术的研究现状,并对3D打印技术的含义、特点、材料和应用领域进行了阐释。2、从3D打印的行业背景、技术工作过程、技术支持和打印机的种类等方面对3D打印进行基本理论进行了阐述。进一步,从轮廓工艺(Contour Crafting)、D型工艺(D-Shape)和混凝土打印(Concrete Printing)三个方面对3D打印技术在建筑行业中的应用进行了研究,并结合具体工艺对3D打印建筑材料性能进行了分析比较。3、对3D打印模型中的关键问题,如物体分割、材料优化及空间结构优化等方面进行了研究,并重点对轻质高强的“蒙皮-框架”支撑结构体系进行了分析。将上述技术优点应用于“城之莲”商业广场建筑模型的设计。4、针对复杂结构增材制造的难题,研究了其3D打印建筑过程中的计算机模型的切片处理方法,如3D打印过程中模型的建立、文件格式的转换、切片文件的建立,以及相关软件的应用。5、对基于FDM原理的3D打印技术进行了重点研究,包括:FDM工艺原理、材料的匹配、工艺特点以及对应3D打印机构造等。最后,利用该技术实现对“城之莲”商业广场建筑模型的3D打印。
【关键词】：增材制造 3D打印技术 建筑行业 几何优化 FDM技术
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU741
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.3 研究内容和方法15-17
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 研究方法16-17
• 第二章 3D打印技术的理论研究17-31
• 2.0 引言17
• 2.1 3D打印的行业背景17-18
• 2.2 3D打印的工作过程18-19
• 2.3 3D打印的技术支持19-21
• 2.4 3D打印机的种类21-26
• 2.5 打印技术在建筑行业中的应用26-30
• 2.5.1 3D打印技术的建筑工艺研究26-28
• 2.5.2 适应于 3D打印的建筑材料28-29
• 2.5.3 3D打印建筑存在的问题29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 3D打印模型的关键问题研究31-46
• 3.1 引言31
• 3.2 物体分割问题31-35
• 3.3 材料优化问题35-41
• 3.3.1 结构拓扑优化设计35-36
• 3.3.2 基于Matlab的二维板结构的优化研究36-38
• 3.3.3“蒙皮-框架”结构38-41
• 3.4 空间结构优化问题41-45
• 3.4.1 建立相贯节点模型42-43
• 3.4.2 定义优化参数43-44
• 3.4.3 模型优化结果分析44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 3D打印模型的建立及切片流程46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 Sketchup软件46-48
• 4.3“城之莲”模型的构思48-51
• 4.4“城之莲”模型的建立51-53
• 4.5 点云数据三维重建模型53-55
• 4.6“城之莲”模型切片处理过程55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 第五章 基于FDM原理的 3D打印技术及工作流程58-69
• 5.1 引言58
• 5.2 FDM工艺基本原理、适应材料及其优点58-60
• 5.2.1 FDM工艺基本原理58
• 5.2.2 FDM工艺适应材料58-59
• 5.2.3 FDM工艺优点59-60
• 5.3 基于FDM原理 3D打印机的组成及各部件功能60-64
• 5.3.1 挤出机构60
• 5.3.2 送丝机构60-61
• 5.3.3 传动机构61
• 5.3.4 工作平台61
• 5.3.5 LCD显示屏61-62
• 5.3.6 步进电机伺服控制系统62-64
• 5.4 3D打印“城之莲”整体工作流程64-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 总结及展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 附录71-76
• 附录 1：基于Matlab的二维板结构拓扑优化的程序语言71-74
• 附录 2：控制打印机喷头打印路径的G代码指令74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 硕士在读期间发表论文及发明专利81

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1 戴朋;增材制造技术原理及其在建筑行业的应用研究[D];江苏大学;2016年

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本文编号：267218