UCL研究人員開發可用於修復道路的瀝青3D印表機

據《3D列印商情》了解，倫敦大學學院（UCL）的研究人員近日開發出了一款瀝青3D印表機，旨在修復道路中的裂縫和坑窪。

「3D列印瀝青的材料特性是可調的，並結合列印平台的靈活性和效率，這種技術為基礎設施的維護提供了一種引人注目的新設計方法。」研究人員在題為《瀝青3D列印及其對力學性能的影響》的論文中指出。

破碎的瀝青導致坑窪

通過自我修復城市的照片

韌性瀝青3D印表機

95％的英國道路鋪設了瀝青（瀝青）複合材料。由於其堅固、可修復和聲學特性，瀝青用於與石料骨料和合適的聚合物粘合劑結合時，為駕駛創造安全耐用的路面。

為了與大型瀝青攤鋪機相媲美，研究人員試圖創造一種更具韌性的解決方案，以解決在磨損或損壞的道路中形成的裂縫和坑窪問題。通過使用現有RepRap Mendel 90 3D印表機的框架和控制系統，研究人員開始開發攜帶型瀝青3D印表機。

瀝青3D印表機：（a）整個系統的照片，（b）擠出機組件的照片，（c）完整擠出機的照片

擠壓瀝青

論文指出，由於道路使用，氧化，揮發物損失，水分和損壞，瀝青複合材料會隨著時間的推移而降解。「這種退化導致路面剛度增加，裂縫形成、剝離、骨料流失、以及坑窪的發展。」使用定製的3D印表機，瀝青可以擠出修復這樣的裂縫，無需昂貴且大規模鋪路，避免交通擁堵。

使用Formlabs高溫丙烯酸樹脂的Form 2 SLA 3D印表機上的3D擠出噴嘴，UCL研究團隊能夠精確控制擠出時瀝青的流動。這是一項具有挑戰性的任務，因為瀝青的粘度基於其施加的應力或力而變化，因此，它是非牛頓液體。

該論文解釋說：「遇到的主要困難是瀝青在擠出機中移動時表現為非牛頓液體。因此，與設定溫度和其他操作參數相關的流變性和壓力顯示出高度非線性行為並且難以控制擠出過程。通過創新的擠出機設計克服了這一問題，可在各種溫度和工藝條件下對瀝青進行3D列印。」

瀝青擠出機的設計參數：（a）擠出機的CAD，（b）設計參數，（c）工藝參數。

未來會出現自動修復瀝青道路的3D印表機？

經過多次粘合和沉積測試，研究人員得出結論：「當瀝青顆粒通過擠出機時，我們通過對擠出過程進行系統的實證研究，找到了最佳的加工變數。」

「我們希望，未來設計金屬部件將使我們能夠探索更大範圍的擠出速度和列印解析度。」

此外，研究人員認為，這種3D印表機有可能與自動駕駛汽車或無人機一起使用，以自動修復道路和/或其他基礎設施。利茲大學目前正在推行這一概念，他們開創了420萬英鎊的自修復城市項目，該項目將使用柏油碎石3D印表機器人來修復道路中的坑窪和裂縫。

題為「瀝青3D列印及其對力學性能的影響」的研究論文由Richard J. Jackson，Adam Wojcika和Mark Miodownik共同撰寫。

來源：3D列印商情

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