3D打印地质聚合物混凝土的生命周期评估

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-11-07

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3D打印技术在建筑行业和混凝土领域的应用越来越普遍,因为工业家们意识到它的巨大优势,人们对此进行了加强空间结构的试验,检查了3D打印的混凝土中的参数,甚至使用了3D打印的水泥自修复胶囊。

在最近发表的《3D打印地质聚合物混凝土的生命周期评估:事前研究》中,作者岳瑶(荷兰莱顿大学)、胡明明(重庆大学),Francesco Di Maio(荷兰代尔夫特工业大学)和Stefano Cucurachi(荷兰莱顿大学)等人研究了混凝土中地质聚合物的发展,并进一步探讨了3D打印技术在建筑行业中的应用。

考虑到环境因素,作者正在评估使用3D打印和地质聚合物(如硅酸盐水泥)代替传统制造方法的效果。通过生命周期的事前评估(LCA)对环境绩效进行了评估,制造商数据用于查明需要改进的地方,并在研究人员在研究需要改进的地方时与公司合作创建了“放大方案”。

气候变化的贡献分析

就建筑和水泥方面的3D打印而言,减少浪费是最重要的好处之一,尽管地质聚合物可能比普通混凝土对环境的影响更大,但研究表明,通过多方面改进,可以减少碳足迹。研究人员能够通过降低地质聚合物“配方”中的硅酸盐含量来实现这一目标。

先前的研究表明,3D打印的建筑效率更高、排放更低、产生的废物更少、能耗更低。事前评估可帮助研究人员评估通过喷墨3D打印制造地质聚合物混凝土物体的优点。

“这项研究旨在将环境管理与技术开发相结合,并与技术开发人员密切合作,研究表明,事前评估不仅可以估算潜在的环境影响,更重要的是,从目前的实验室规模实验中,可以为未来3D打印地质聚合物混凝土技术的部署提供指导。”研究人员说。

但是,建议的改进仍然存在一些方面,在不久的将来很难加以整合:

研究人员说:“这项研究中的3D打印地质聚合物混凝土技术的技术准备水平(TRL; Moorhouse,2002)估计为6级,已处于技术论证阶段。这意味着,即使在TRL轨迹的较早阶段也要使用LCA,以保证在技术的核心组件更加灵活的情况下,对技术创新提供更大的支持。”

就像跟随市场动向一样,正在探索的技术正在兴起,但是研究人员指出,它也相当复杂。研究人员与技术开发人员就未来的下列潜力进行了合作:

·技术景观

·市场渗透

·商业数据

·整体可行性

研究人员还创建了许多场景,包括题为“假设条件”的场景。

“要生成“假设分析”方案,首先要进行热点分析,然后根据改进后的热点,使用热点作为构建基块,开发出四个方案。因此,热点分析是在事前LCA研究中开发按比例放大方案的一种结构化方法。为了将事前LCA方法论的框架应用于其他技术系统,需要考虑其他情景类型和生成方法,因为需要进行更多的案例研究和方法论上的贡献。”研究人员说。

LCA帮助研究人员和分析人员尽早了解环境绩效,并突出可能的挑战。作者在分析3D打印地质聚合物混凝土技术系统的三个阶段时,将这项研究描述为“从摇篮到大门”:

·原料

·运输

·3D打印地质聚合物混凝土制造

研究过程摘要

本研究中使用的四种方案的详细信息

总体而言,研究人员担心的是3D打印有关的“差异”——原材料之间的差异,以及不同的硬件。然而,硅酸盐在制造过程中产生了“巨大的影响”,并取得了更好的效果。

“目前的研究设置不包括这两种技术系统的使用阶段和生命终止阶段。尽管在使用阶段3D打印地质聚合物混凝土和普通混凝土对环境的影响相似,但这两种替代品的收集、处理和潜在的循环利用率可能会有所不同。”研究人员总结说。

“从原材料运输的角度来看,3D打印地质聚合物混凝土并不比普通混凝土有优势。对于普通混凝土来说,由于市场的成熟性,原材料的供应处于完整的商业规模。普通混凝土的原料运输距离不长。这些方面的确在资源使用方面仍然没有多少改善和合理化的余地。”

3D打印地质聚合物混凝土的流程图