内华达大学雷诺分校的研究人员正在开展一个项目，该项目可能使美国陆军能够在前沿部署任务中快速生产基础设施——如建筑物或桥梁——而不依赖于传统建筑材料。这种方法涉及现场3D打印混凝土结构——消除了将全尺寸建筑物或材料运送到包括冲突区域在内的困难环境中的需求。

当前的研究由土木与环境工程助理教授Floriana Petrone和副研究教授Sherif Elfass领导，并与美国陆军工程师研究与发展中心（ERDC）建筑工程研究实验室（CERL）合作。该项目由美国国防部支持，并计划持续至2025年6月。

今年秋天，团队对一组由中心穿过的后张预应力电缆连接的约七个混凝土段进行了荷载测试。这个测试“桥梁”的狭窄部分成功承受了高达7000磅的荷载。附着在组件上的传感器收集了数据，供博士后学者Satish Paudel和本科生研究员Allen Rivas进行后续分析和数值模拟。

项目的下一阶段将涉及通过添加额外组件和研究连接方法来扩大测试样本，以加速施工。最终目标是为陆军提供在实地打印和组装所需结构的强大技术基础。Petrone的团队正在探索3D打印组件如何在没有专用设备的情况下连接，并且仍然形成可靠、可扩展的结构。

“一切都可以在现场手动组装，”Petrone说，指出电缆系统不需要专用设备——使其适合具有挑战性的战斗区域条件。

正如设想的那样，结构可以被拆解成部件，并重新组装成不同的配置。相同的结构部件提供了高度可适应的设计，研究旨在帮助现场工程师自信地将这些部件连接成健全的基础设施。团队的工作将数值建模与3D打印和分段建造相结合，以优化设计，甚至在建造开始之前。

“数值建模与3D打印和分段建造的整合为预测建造开始之前的结构性能提供了一个强大的工具，”Elfass说。“这允许工程师优化部件的放置和打印组件的设计，确保打印结构在各种条件下满足必要的强度和耐久性要求。”

Petrone和她的团队正在采用更严格、更少试错的方法来提高3D打印乐高式混凝土模块的完整性和性能。他们的实验项目始于2024年初，包括测试由他们打印的3英尺长混凝土模块组装的“桥接基础设施”。该桥梁的性能已经经过实验测试和数值模拟验证。

虽然早期的3D打印结构工作经常依赖于爱迪生式的方法，但内华达大学雷诺分校现在正在开发一种更系统的方法，以确保这些结构按需表现。这项工作旨在进一步增强陆军在偏远或敌对环境中建造基础设施的能力——结合3D打印、分段建造和先进的数值模拟，建造可靠、可扩展的结构。

在大学大型结构实验室（LSSL）的一个角落，Petrone的团队一直在使用美国陆军提供的中等规模3D打印机生产形状像L和T的混凝土部件。团队继续完善其方法，旨在在困难条件下使复杂的组装过程变得可行，并确保未来的军事行动能够从按需、坚固的基础设施中受益。