最近，来自皇家墨尔本理工大学（RMIT University）、南昆士兰大学（UniSQ）、墨尔本大学（University of Melbourne）、舍布鲁克大学（University of Sherbrooke）和昆士兰州运输与主干道部（Department of Transport and Main Roads, Queensland）的研究人员在 ScienceDirect 上发表了一篇综述，探讨了通过增材制造将聚合物复合材料用于民用基础设施的问题。作者认为，使用聚合物复合材料的三维打印技术可提供符合现代建筑需求的解决方案，并强调了该领域的进步、挑战和研究机会。
最近，来自皇家墨尔本理工大学（RMIT University）、南昆士兰大学（UniSQ）、墨尔本大学（University of Melbourne）、舍布鲁克大学（University of Sherbrooke）和昆士兰州运输与主干道部（Department of Transport and Main Roads, Queensland）的研究人员在 ScienceDirect 上发表了一篇综述，探讨了通过增材制造将聚合物复合材料用于民用基础设施的问题。作者认为，使用聚合物复合材料的三维打印技术可提供符合现代建筑需求的解决方案，并强调了该领域的进步、挑战和研究机会。
聚合物复合材料因其高强度重量比、耐腐蚀性和设计灵活性，已成为土木工程中用途广泛的一类材料。本综述详细介绍了这些材料如何在汽车、航空航天和建筑等众多领域取代金属。将聚合物与纤维或微粒等增强材料相结合，可增强其机械和热性能，从而支持广泛的工业应用。
评论指出，虽然聚合物本身的独立应用有限，但它们经常与其他材料结合形成复合材料，适用于结构性和非结构性用途。这些复合材料具有卓越的抗疲劳性、耐磨性和环境耐久性等优点。土木工程中的应用包括聚合物改性混凝土、纤维增强聚合物棒材、密封材料、防水卷材和保护涂层。
聚合物复合材料的快速成型技术
增材制造（AM）通常称为三维打印，可根据数字模型逐层制造物体，减少材料浪费，并可制造复杂的几何形状。综述概述了适用于聚合物复合材料的各种 AM 技术，包括基于挤压的工艺（如熔融沉积建模 (FDM) 和直接墨水写入 (DIW)）、粉末床熔融方法（如选择性激光烧结 (SLS) ）和粘合剂喷射。
材料挤压在民用基础设施中被广泛用于打印混凝土、陶瓷和聚合物。粘合剂喷射技术将液体粘合剂喷射到粉末床以制造固体部件，而粉末床熔融技术则利用热能（通常来自激光或电子束）选择性地熔化或烧结粉末。直接能量沉积技术涉及粉末或金属丝形式的材料进料，并在沉积过程中熔化，也适用于建筑中的金属部件。
作者强调，基于挤压的三维打印技术对于生产大型部件尤为重要。对于热塑性塑料，原料可以丝状或颗粒状提供，材料熔化后挤出成型，从而制造出部件。综述还介绍了挤出速度、层高和热设置等打印参数在实现结构完整性和机械性能方面的作用。
文献空白、机械性能和耐久性挑战
虽然增材制造在民用基础设施领域（尤其是三维打印混凝土）已获得广泛关注，但在学术研究中，通过增材制造整合聚合物复合材料的情况仍然不多。综述强调，大多数现有综述都侧重于纤维增强聚合物在钢筋和改造等传统建筑应用中的应用，往往忽视了它们在增材制造中的潜力。
可持续替代材料，如再生聚合物和生物基聚合物，也未得到充分探索，尽管它们与建筑行业去碳化的努力日益相关。综述指出，人们对如何将这些材料用于基础设施三维打印的关注有限，这给研究人员和从业人员留下了严重的知识空白。
在民用基础设施中，机械性能是三维打印聚合物复合材料的一个关键考虑因素。综述指出了逐层沉积过程中产生的各向异性等问题，这些问题可能导致拉伸强度和层间粘合力降低。这些因素会影响打印部件的承载能力和长期可靠性。
环境耐久性是另一个值得关注的问题。暴露在紫外线辐射、潮湿和温度波动的环境中会降低聚合物复合材料的性能，从而限制其在户外或高压力环境中的应用。目前正在探索连续纤维增强、后处理方法和混合制造方法等技术，以应对这些挑战，改善层间结合和整体机械性能。
由于缺乏标准化的设计规范和认证途径，三维打印聚合物复合材料在民用基础设施中的应用变得更加复杂。钢材和混凝土等传统材料都有既定的测试协议，而基于聚合物的 3D 打印组件却没有统一的性能基准，这给工程师和监管机构带来了不确定性。
研究方向和未来机遇
作者包括 Sachini Wickramasinghe 博士（皇家墨尔本理工大学和昆士兰大学）、Allan Manalo 教授（昆士兰大学）、Omar Alajarmeh 副教授（昆士兰大学）、Charles Dean Sorbello（昆士兰州运输和主要道路部）、Senarath Weerakoon（昆士兰大学）、Tuan D. Ngo 教授（墨尔本大学）和 Brahim Benmokrane 教授（布鲁克大学），他们确定了几个研究重点。其中包括优化印刷参数以减少孔隙率和增强层间粘合力，探索可持续材料（如回收和生物基聚合物），以及研究具有自愈和嵌入式传感器等特性的智能材料。
大型快速成型制造技术也被视为生产耐用、高性能基础设施部件的一个机会。机器人大型快速成型制造等技术能够制造出复杂的几何形状和连续的纤维加固件，为既要求强度又要求设计灵活性的应用提供支持。
综述得出的结论是，材料科学家、工程师和监管机构之间的跨学科合作对于推动三维打印聚合物复合材料在民用基础设施中的应用至关重要。研究工作的重点应该是制定可靠的测试协议，了解这些材料在环境压力下的长期性能，并将其融入可持续的建筑实践中。
