斯威本科技大學的研究員和法國建築公司Bouygues Travaux Publics的主管已經使用機器學習(xi) 技術來更好地理解3D打印建築材料的抗壓強度。

為(wei) 了開發一種對3D打印的地質聚合物樣本進行分類的過程，研究團隊針對了特定變量，並使用機器學習(xi) 方法優(you) 化了3D打印的材料的組成。該研究不僅(jin) 可以產(chan) 生具有更高抗壓強度的建築複合材料，還可以為(wei) 建築行業(ye) 中使用的其他3D打印化合物的穩定性進行分類的路線圖。

該團隊解釋說：“目的是引入一種可行的方法來對通過增材製造技術製成的地聚合物樣品進行分類。這項研究采用了流行的遞歸分區功能，包括rpart和ctree，以建立單獨的分類模型。根據調查結果，這些功能展示了為(wei) 3D打印的地質聚合物創建模型的強大能力。”

法國Bouygues Travaux Publics公司的建築工地之一。該公司的主管是研究項目。圖片來自Bouygues Travaux Publics。

評估建築中的添加劑應用

近年來，許多結構的建築過程中都使用了3D打印，這些項目背後的方法學發展迅速。從(cong) 1998年的Construction Digital Fabrication（CDF）係統發明到2007年意大利工程師Enrico Dini的粉末狀“ D-Shape” 3D打印機，該技術都呈指數級發展。使用水泥砂漿，這些企業(ye) 中的結構組件分別進行3D打印，並以有效的方式在各個(ge) 建築工地進行匯總。

但是，這些企業(ye) 還使用了大量的水泥，這些水泥產(chan) 生了很高的自發收縮，水化熱以及與(yu) 建築材料相關(guan) 的成本。眾(zhong) 所周知，水泥製造會(hui) 導致更高的溫室氣體(ti) 排放，從(cong) 而導致更高的能源消耗，並降低3D打印混凝土結構的整體(ti) 可持續性性能。

另一方麵，聚合物提供了一種快速設置，經濟高效且環保的替代品。與(yu) 常規水泥複合材料相比，該材料還具有增強的耐火性和耐久性。盡管有這些好處，但使用矽酸鹽化合物可能是不利的，這不僅(jin) 是因為(wei) 已知矽酸鹽化合物還會(hui) 引起環境問題，還因為(wei) 它們(men) 具有腐蝕性。結果，研究人員做出了許多努力，用其他元素代替已知會(hui) 造成這種有害影響的地聚合物基質中的矽和鋁原子。

研究團隊著手利用土木和建築工程中產(chan) 生的大量數據，學習(xi) 3D打印材料的圖案和分類，並找出克服這些缺點的方法。由於(yu) 信息的複雜性，團隊使用了一種現代計算方法，包括條件推理樹（ctree）和遞歸分區（rpart）方法來得出結論。例如，當對地質聚合物粘合劑進行3D打印時，其強度的有效因素數量會(hui) 因所使用的打印參數而有所增加。給定獨立變量的範圍，嚐試在不使用機器學習(xi) 的情況下預測印刷的地質聚合物樣品的抗壓強度會(hui) 產(chan) 生很高的誤差。因此，研究人員使用學習(xi) 算法來評估印刷變量，並研究了對材料的抗壓強度影響最大的因素。

顯示研究團隊二人分析的變量的繪圖矩陣。圖片來自Material Advances。

使用機器學習(xi) 方法對地質聚合物進行分類

在測試過程中，使用了定製的小型3D打印機來生產(chan) 地質聚合物。具有活塞操作的擠出機，將新鮮的地質聚合物從(cong) 尺寸為(wei) 30 mm x 15 mm的矩形噴嘴中擠出。在裝入新鮮混合物時，將外部振動暫時施加到擠出機上，以確保內(nei) 部的混合物受到足夠的壓實。然後，對於(yu) 每個(ge) 樣品，將地質聚合物長絲(si) 水平3條打印成兩(liang) 行，每條的尺寸為(wei) 250 x 30 x 30 mm。

團隊使用的ctree函數的DT流程圖來優(you) 化其地質聚合物水泥的組成。圖片來自Material Advances。建築業(ye) 的增材製造 近年來，研究人員已使用3D打印開發了一係列水泥混合物，顯示出增強的穩定性和耐用性，可用於(yu) 建築領域。例如，墨西拿大學的研究人員已經配製了一種輕質的泡沫混凝土，可以更有效地進行3D打印建築結構，而無需任何模板。新型材料（3DPC）由於(yu) 具有很高的粘度，因此能夠保持其形狀處於(yu) “熔融”或“新鮮”狀態。 位於(yu) 亞(ya) 利桑那州的3D建築印刷公司Armatron已獲得生產(chan) 增強水泥結構的高速擠出3D打印方法的廣泛專(zhuan) 利。借助這項技術，該公司旨在通過可持續的全尺寸3D打印結構來克服常規建築的當前限製。 普渡大學的一個(ge) 研究小組開發了一種彈性，抗扭曲和抗裂的水泥替代品。通過研究3D打印水泥結構中當前存在的弱點（例如微觀結構不均勻），研究人員正在挑戰這種材料的脆性。

團隊使用的ctree函數的DT流程圖來優(you) 化其地質聚合物水泥的組成。圖片來自Material Advances。建築業(ye) 的增材製造 近年來，研究人員已使用3D打印開發了一係列水泥混合物，顯示出增強的穩定性和耐用性，可用於(yu) 建築領域。例如，墨西拿大學的研究人員已經配製了一種輕質的泡沫混凝土，可以更有效地進行3D打印建築結構，而無需任何模板。新型材料（3DPC）由於(yu) 具有很高的粘度，因此能夠保持其形狀處於(yu) “熔融”或“新鮮”狀態。 位於(yu) 亞(ya) 利桑那州的3D建築印刷公司Armatron已獲得生產(chan) 增強水泥結構的高速擠出3D打印方法的廣泛專(zhuan) 利。借助這項技術，該公司旨在通過可持續的全尺寸3D打印結構來克服常規建築的當前限製。 普渡大學的一個(ge) 研究小組開發了一種彈性，抗扭曲和抗裂的水泥替代品。通過研究3D打印水泥結構中當前存在的弱點（例如微觀結構不均勻），研究人員正在挑戰這種材料的脆性。