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3D混凝土(水泥砂浆)打印技术因其无模板化施工、高效自动化、可实现复杂几何形状等特点已经成为建造行业研究应用的前沿与热点。然而,目前的3D混凝土打印技术始终存在一定程度的打印构件质量问题,包括成形质量问题、力学(强度及耐久性能等)质量问题等。其中,成形质量问题主要表现在两个方面:一是打印构件的形状、尺寸等方面的几何误差,即几何质量问题;二是打印构件表面的粗糙度欠佳,即表面质量问题。这种成形质量问题一定程度上制约了3D混凝土打印技术的实际应用与发展。为此,本文针对在应用实践中对3D混凝土打印构件优良成形质量的需求开展研究,主要研究成果如下:(1)初步建立了3D混凝土打印构件成形质量的影响因素作用机制及评价方法定性分析了材料性能、工艺参数、规划路径等三类决定性因素和硬件性能、构件设计参数等两类约束性因素对打印构件成形质量的耦合作用,初步建立成形质量影响因素作用机制;基于GD&T体系设计影响因素试验对平面和角的成形质量影响因素作用机制进行定量研究,揭示成形质量影响因素作用机制的四个特性;最后,基于构件关键几何元素构建了打印过程成形能力对成形质量进行预测,并建立了打印构件成形质量评价模型对实际成形质量进行定量评价。(2)提出了体积成形3D混凝土打印理论及路径优化算法针对规划路径对复杂几何构件成形质量的影响,提出了新型体积成形3D混凝土打印理论,阐明以可变截面体素的有序组合来代替等截面线条累加的原理,设计了针对单道次挤出体积成形的条纹状图案构件和多道次挤出体积成形的实体构件的路径优化算法,包含基于体素定位线的可变层厚模型曲面切片优化算法,和基于Voronoi图生成的可变宽度路径规划优化算法,完成了方形(矩形)截面体素的体积成形构建。(3)研发了体积成形3D混凝土打印多参数协同控制优化工艺研发出一套具有自主知识产权的可实现方形截面体素体积成形的3D混凝土打印原型软硬件系统,该系统可多维联动控制运动模块的XYZ三轴和挤出模块的物料挤出轴、喷嘴转向轴、喷嘴变径轴等六轴;在此基础上,基于满足打印混凝土工作性能要求的材料配合比完成喷嘴尺寸、喷嘴移动速度、物料挤出速率和路径曲率半径等关键工艺参数匹配关系的试验拟合,构建了多参数协同控制机制,同时对设备运动卡顿、单道次路径关键点、多道次多层层面光滑度等关键工艺细节进行了优化处理。本文围绕提升3D混凝土打印成形质量开展了系统性研究,研究成果将为推动3D混凝土打印技术的推广应用、促进建筑业高质量发展提供有效参考。