土地沙漠化和不可再生能源短缺,是目前全球范围所面临的重要问题。建筑节能是关乎中国双碳目标得以实现的重要方面,而建筑材料生产阶段的能耗亦是建筑总能耗的重要组成部分。因此,本课题立足于“就地取材,原位制造”的理念,采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合,针对沙漠砂和废旧玻璃粉两类典型硅酸盐材料,探索利用太阳光清洁能源增材制造建材制品,以期为新时代中国国防和美丽中国建设贡献绵薄之力。首先,开展沙漠砂和废旧玻璃粉两类硅酸盐材料高温烧结机理研究。分析原材料的化学成分、矿物组成和粒径分布等特性;探明两类硅酸盐材料的高温烧结机理,得到不同烧结工艺对材料性能的影响规律,掌握沙漠砂烧结样品的形貌、体积密度、相组成、力学性能、热物理性质等。在1400℃～1500℃的烧结温度下沙漠砂烧结性能主要变化规律为:同一粒径的沙漠砂,随着烧结温度的增加,样品体积密度降低,维氏硬度增加,平均热膨胀系数降低,抗弯强度增加。同一烧结温度下,随着沙漠砂粒径的减小,样品体积密度增加,维氏硬度增加,平均热膨胀系数降低,抗弯强度增加。沙漠砂烧结样品的最大抗弯强度、最大抗压强度和常温条件下的最小导热系数分别为61.57 MPa、204.31 MPa和0.820 W/（m·K）。其次,开展直接太阳光3D打印粉床温度场数值计算分析研究。基于实验测量数据并结合文献数据和基于材料成分的硅酸盐矿物热物性预测模型,得到沙漠砂材料的高温热物性模型。进而,建立了太阳光3D打印粉床温度场数值计算模型,开展了粉体辐射特性参数对于粉床熔覆温度场的敏感性分析,得到了粉体吸收率越低,引起的温度场变化幅度越大的影响规律。分析了光热源特征、辅助热源特性、打印路径策略对粉床温度场发展演化的影响规律。分析结果表明,所采用的热分析方法和所建立的高温物性模型可靠;聚焦太阳光斑和辅助加热系统对于熔池和粉床温度场起主导作用,并最终与周边环境达到热平衡;在较高的预热温度、较慢的扫描速率和岛式扫描策略下,粉床整体温度较高、熔池尺寸较大,采用岛式扫描策略时冷却过程中粉床整体温度下降更为平缓,对减轻急冷引起的样品开裂更为有利。第三,开展沙漠砂和废旧玻璃粉两类典型硅酸盐材料直接太阳光3D打印研究。通过3D打印试验成型过程和制品性能分析,得到两类材料理想的打印工艺参数,制备一批具有较高精度和可重复性的小型构件,试验验证利用直接太阳光对沙漠砂和废旧玻璃粉两类硅酸盐材料进行3D打印建材制品的可行性。此外,揭示了3D打印样品中缺陷的形成原因,并提出了相应抑制措施:对于沙漠砂材料,应重点关注孔隙缺陷,可通过提高预热温度、降低扫描速率、使用岛式扫描策略、使用大型聚光器、搭建真空或低气压的3D打印腔室等方式;对于废旧玻璃粉材料,应重点关注裂纹缺陷,采用较低的预热温度和较快的扫描速率。3D打印工艺试验结果表明:沙漠砂3D打印理想的工艺参数为扫描速率0.25 mm/s、叠层厚度3 mm、轨道间距4 mm;废旧玻璃粉3D打印理想的工艺参数为扫描速率0.5 mm/s、叠层厚度4 mm、轨道间距4 mm。制品性能分析结果表明:沙漠砂原样制品、球磨粉-1制品和废旧玻璃粉制品的抗压强度分别为62.05 MPa、71.74 MPa和58.38 MPa,抗弯强度分别为8.74 MPa、12.55 MPa和66.80 MPa;三者常温条件下的导热系数分别为1.069 W/（m·K）、1.086 W/（m·K）和0.920 W/（m·K）。最后,探索直接太阳光3D打印砌块制品结构的拓扑优化设计方法。以砌块的基本力学性能为优化目标,充分考量太阳光3D打印工艺的可实现性,基于变密度法的拓扑优化方法,提出了四种具有良好综合性能的砌块拓扑构型。计算分析结果表明,对于质量保留50%的拓扑优化砌块构型,其总质量比传统两孔砌块构型降低6.5%;在砌块热工性能基本等同的情况下,拓扑优化后的砌块比传统两孔砌块的最大承载力提高了200%。