混凝土3D打印因无需传统模板，能节省时间与成本，但目前多数系统依赖挤出成型技术，在钢筋周围打印受限，影响设计灵活性与结构完整性。

卡内基梅隆大学计算工程与机器人实验室(CERLAB)的Kenji Shimada教授及其团队，正利用新喷涂式混凝土3D打印模拟工具突破这一限制。岛田教授称：“喷射混凝土3D打印是新工艺，涉及复杂物理现象，改良混合物从喷嘴喷射，能在表面甚至钢筋周围堆积。”在日本和加利福尼亚等地震多发地，围绕钢筋自由打印意义重大。

为使技术可行，准确预测混凝土喷射与干燥过程很关键，这也是开发模拟器的原因。该模拟器能模拟喷射混凝土混合物的粘弹性行为，如滴落、颗粒回弹等。承包商可借此根据CAD设计评估喷射方案，判断是否适合结构制造。

研究团队前往日本东京，在清水建设株式会社的喷涂式3D打印机器人处进行测试。第一次测试，模拟器以90.75%准确率预测喷涂混凝土高度;第二次测试，对钢筋上喷涂效果及厚度预测准确率分别达92.3%和97.9%。研究论文主要作者山川壮二表示，这种模拟原本耗时数小时甚至数天，团队通过大胆假设，将其简化为高效算法与数据结构组合，仍获高度逼真输出。

未来，团队将致力于提高模拟器精度，通过识别湿度等环境参数、优化性能、添加抹灰模拟，创造更光滑成品。CERLAB移动机械臂研究小组负责人Kyshalee Vazquez-Santiago称，在混凝土3D打印领域，新应用和方法优势明显，发展空间广阔。

更多信息： Soji Yamakawa 等人，《用于喷嘴轨迹规划的混凝土喷涂 3D 打印模拟器》，IEEE 机器人与自动化快报(2025)。