1. 材料體系與打印工藝

1.1 熱塑性與熱固性基體材料體系

用于增材制造的聚合物復合材料主要分為兩大類別：熱塑性 與 熱固性 系統。兩類材料在土木工程中均具有各自的優勢。

熱塑性復合材料

• PLA — 可降解且可持續；適用于低溫、臨時或可回收類應用。性能可通過纖維或納米填料增強。
• ABS — 沖擊性能更高、戶外表現更佳；常用于耐久型建筑打印部件。
• 高性能熱塑性塑料（PEEK、ULTEM） — 適用于高溫、強腐蝕或苛刻服役環境。
• 再生熱塑性材料（rPET） — 可顯著降低生命周期碳排放，但需控制材料降解問題。

熱固性復合材料

SLA/DLP 與熱固性打印具備高尺寸精度和優良的熱穩定性，但由于其交聯結構不可逆，再循環性能有限，影響其在大規模土木工程中的可持續應用。

1.2 纖維增強復合材料體系

增強體系決定結構性能：

• GFRP（玻纖增強塑料） — 疲勞性能優異，適用于大尺寸構件（幕墻、步行橋）。
• CFRP（碳纖維增強塑料） — 極高比強度；適用于精密結構件及加固領域。
• 天然纖維 —（竹、亞麻、大麻）具備可持續性潛力，但需處理以提升耐濕與耐 UV 性能。
• 顆粒填料 — SiO?、Al?O? 用于提高剛度、熱性能與耐磨性。

1.3 大尺寸增材制造技術

土木工程常用的核心打印技術包括：

擠出式 3D 打印（E3DP）

最常見的大尺寸打印方式—兼具規模與速度，可支持纖維增強線材與顆粒料系統。

粘結劑噴射（Binder Jetting）

適用于粉末復合材料與混合系統，具有低熱變形、表面質量好等優勢。

機器人大格式增材制造（RLFAM）

多軸機器人實現無支撐打印、復雜幾何與連續纖維增強—非常適合橋梁構件、加強筋與幕墻系統。

2. 全球案例：從橋梁到建筑

多個全球示范項目證明了復合材料 3D 打印在工程尺度上的可行性。

2.1 橋梁工程

• 荷蘭鹿特丹 — 6.5 m GFR-PET 步行橋，生命周期碳排放降低約 50%，展示高耐候性。
• Limburg 人行橋 — 驗證了 GFRP 結構在循環荷載下的可預測疲勞性能。
• 中國流云橋 — 17.5 m ASA-3012 復合材料橋梁，35 天打印完成，展現中等跨徑橋梁的速度與物流優勢。

2.2 建筑與模塊化結構

• 美國 BioHome 3D — 全生物纖維＋生物樹脂打印模塊，可回收、快速部署。
• 澳大利亞 Jindi 模塊化住房 — 再生塑料內芯＋水泥基外層，提高防火性能。
• 美國 Azure 微型住宅 — 模塊僅需 24–48 小時打印，使用回收塑料規模化生產。

2.3 結構加固與抗震應用

包括連續碳纖維打印網格、CFRP/PLA 加固體系，可顯著提升耗能能力與剪切剛度，是地震加固及快速修復的潛力方案。

3. 關鍵技術挑戰

盡管優勢突出，但要實現大規模應用仍需突破多項工程與產業難點：

3.1 力學各向異性

層層堆疊導致方向性性能差異，層間結合弱于面內強度，需要更優的纖維排布與后處理技術。

3.2 耐久性與環境適應性

• UV 老化與光降解
• 天然纖維復合材料的吸濕問題
• 耐火性能與建筑規范匹配

3.3 大規模制造瓶頸

打印速度、材料成本與設備占地仍是瓶頸。例如：5800 kg 的橋梁可能需數周連續打印。

3.4 標準與認證

行業標準、測試體系與壽命數據庫仍在建設中，影響關鍵基礎設施的認證與保險采納。

3.5 回收與生命周期管理

熱固性基體與纖維增強復合材料缺乏成熟閉環回收技術，是產業界重點攻關方向。

4. 未來方向與產業機會

4.1 工藝優化

多軸沉積、原位壓實及增材＋CNC 的混合制造將進一步提升尺寸精度與結構性能。

4.2 智能與功能化材料

集成傳感、自修復材料、導電/導熱功能填料，可構建智慧基礎設施體系。

4.3 可持續材料發展

研發重點包括生物基聚合物、優化回收 PET 復合材料、處理后的天然纖維等，兼顧性能與環保目標。

4.4 高性能復合材料模具

大型打印部件將依賴高品質模具用于原型驗證、混合澆注–打印組件及規模化生產。MDC 的 SMC/BMC 模具、FRP 模具及精密成型技術是關鍵能力支撐。

4.5 標準化與政策支持

結構規范、耐久數據庫和可持續評價體系的發展將加速市場采納與風險評估通過。

5. 大成模具 如何推動復合材料 3D 打印落地

大成模具（浙江 MDC 模具有限公司）處于先進復合材料模具與大尺寸復合制造的交匯點。以下是 MDC 推動技術落地的核心方式：

• 精密原型模具 — 為打印結構和混合結構接頭提供 SMC/BMC 與 FRP 模具驗證。
• 表面與尺寸精加工 — 用于幕墻、建筑外飾件等的后成型與高精度模具。
• 真空與壓實系統 — 提升層間結合與復合材料密度，使其滿足承載要求。
• 材料協同開發 — 與線材、顆粒料、預浸料供應商合作，共同驗證可結構化使用的復合材料。
• 測試與認證支持 — 提供原型測試、疲勞評估與長期性能測試，滿足規范要求。
• 混合制造集成 — 結合大尺寸打印與 MDC 的減材加工與精飾交付可直接安裝的部件。

如需項目合作——原型模具、試生產或混合澆注–打印解決方案，請通過 聯系我們 與 大成模具 交流技術需求。

6. 結論

聚合物復合材料增材制造正從科研階段走向在橋梁、建筑與結構加固中的實際工程應用。雖然仍面臨各向異性、耐久性與標準化難題，但材料、工藝與模具技術的共同發展正在推動其邁向規模化、可持續的基礎設施解決方案。

大成模具——憑借高性能 復合材料模具、真空/壓實解決方案與精加工能力，為大尺寸復合材料結構提供可靠的批量化生產基礎。與專業模具企業合作可降低技術風險、縮短驗證周期，并推動復合材料打印基礎設施進入主流工程體系。