浅谈3D打印在建筑建造中的应用

摘要：自动化生产在工业制造领城应用广泛，但是在建筑业却发展缓慢。近年来发展迅猛的3D打印技术使打印建筑物成为可能，从而实现建筑建造自动化。介绍了一种全新的建筑建造技术—3D打印建筑技术。新型的建造技术催生出新型建造逻辑、新型结构形式和新型建筑材料，它将广泛而深人地影响设计和建造的每个环节，颠覆传统的建筑行业。从事建筑行业的人员要格外关注3D打印建筑技术的发展。

关键词：建筑技术；3D打印；应用趋势

1 引言

美国于上世纪80年代提出了3D打印技术的概念，这个概念自此开始在全球的各个领域蔓延。成为了“第三次工业革命”的重要标志之一，并且给社会带来了不可估量的经济效益及环境效益。3D打印技术在建筑领域，甚至被认为是具有颠覆性的创新，近年引发了很多探索。

2 3D打印技术概况

3D打印技术是将CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、光电子和新材料等先进技术集于一体，依据由CAD、PRO/E等软件构造的产品三维模型对其进行分层切片，得到各層截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地喷射，固化一层层液态树脂（或金属粉末）或喷射源选择性地喷涂一层层的粘结剂或热熔材料等，形成各面，逐步叠加成三维实体，它将一个复杂的三维加工简化成一系列二维加工的组合。

目前，常见的用于工业生产的3D打印技术有如下几种：①液态光敏聚合物由喷嘴喷射，快速固化逐层堆积的Polyjet技术：②喷嘴在粉末上喷射粘结剂的3DP技术：③激光扫描波态光敏树脂，逐层固化的SLA技术：④材料热熔后，由喷嘴挤压堆叠的FDM技术：⑤用激光将金属粉末熔结的SLS技术。在建筑设计的方案实体模型输出过程中，现今较多使用FDM、3DP及SLA技术。

3 3D打印技术在建筑领域的应用

在二十世纪七八十年代，欧美发达回家已经开始研究自动化建筑意大利建筑师但丁利用水泥浇筑，逐层建造房屋。1964年底，但丁在博洛尼亚成功用水泥浇筑出一座13米*3米的房子。3D的打印技术用在建筑现代打印上在社会上得到了关注。不久前，英国拉夫保大获得英国科学委员会的资助，开发了一台可添材制造的机器。这台器可以利用混凝上打印大件的实物。美国麻省理工大学的一位设计在一次研究中降机器人的手臂改装制成了一台3D打印机并得到了实应用。德国一名建筑师利用一台大型的3D打印机成功建造了一栋住建筑。应该也利用了3D打印建筑的研充威功建造了体育场的工作室等其他项目。但我国目前的3D打印技术处于落后阶段，在近日我国上海海的一家建筑公司在上海展览时展示了利用大型的3D打印设备即场印出10间样板房，让我国的3D打印技术进人了一个新的提升阶段。日前，D-Shape工艺和轮廓工艺的运用，是3D打印建筑技术的代表，让3D打印技术进人了一个全新的节能和精确的高的阶段。

在建筑设计阶段使用3D打印技术的时候，可以使用3D打印机进行虚拟的三维设计建筑模型的打印，具有快速、环保低成本、造型精美的特点。当前建筑领或内用3D打印技术进行足尺建筑建造的时候，既可以现场打印整栋建筑，也可以小批量生产模块构件用于组装。3D打印技术可以实现预制装配式框架结构体系中复杂楼梯和阳台等的提前制作，也可以实现模块建筑体系内的独立单元的建造以及其内部的装修。3D技术还可以实现角支撑模块；楼梯模块以及非承重模块的建造，并可以对这些模块进行混凝土的多次灌注以及钢筋的使用，这种应用于空心混凝土结构制造的3D打印技术使得建筑结构既结实又关观，还能够增加住户空间的灵活性。

4 建筑领域内3D打印技术使用的优越性

4.1 3D打印技术可以降低建筑成本

3D打印技术的使用只需要设计人员通过计算机和打印机就可以完成建筑模型的制造，大大减少了劳动力的使用，节省了人工成本。模块的定制和单件的小批量生产降低了生产成本和建筑工程的周期，还可以节省大量的建筑原材料，因此.建筑工程施工的成本大幅下降。

4.2 3D打印可以缩短建筑工程的工期

3D打印技术既不使用传统意义上的施工队，也不使用砖瓦等传统的建筑材料，大部分建筑构件可以在工厂进行打印建造然后再进行现场的组装，使得建筑工程的生产周期大幅缩减，生产效率大大提高。实践显示，与传统建筑相比而言，3D打印技术的速度快了10倍以上，不需要模具，可以有效节约成本，具有环保绿色低碳的特征，有效提高了建筑生产效率，可以促进建筑业的发果与转型。

5 应用的发展趋势

传统的建造需要大量的工作和资料推备，包括前期的方案设计、重筑设计，房屋结构设计等等专业内容，并目以最初的方案设计到后期项目的完工验收过程和手续都非常的复杂。整个建筑工程需要配备大量的人力物力进行支持。还要经过漫长的工期才能够完成一个完整的建筑模型作品。而如果应用3D打印机技术进行建筑模型设计只需要简单的把建筑模型输人到计算机中，再通过3D打印就能够把建筑模型一次性的打印出来，非常的简单和方便。相对于传统的建筑施工3D打印机具有非常强大的优势体现：①大大的节约人力物力成本，不再需安配备大量的工人和管理人员；②不需要大量的脚手架和建筑模板。可以为建筑企业带来实际的成本节约；③相对传统的施工技术具有效率高、速度快以及投资回报率高等优势；④可以很简易的就打印出许多复杂高成本的建筑模型；⑤3D打印机在打印过程中不会产生污染，几乎没有曝音和震动产生，其有环保的特点；⑥在打印过程中几乎不会产生多余的废料，可以大大的减少排污和材料的浪费；⑦打印程序非常有序可以很好的完成一层一层的工序，相比于人工有着非常高的精准度，产品质量非常有保证；⑧3D打印机的优势还在于可以减少施工人员减少施工中的安全事故，能够解决施工现场的安全隐患；⑨可以打印出高强轻质的混凝土结构；⑩能够精准的用几何计算并且采用坚固安全的材料，保证房屋的质量，也提高房屋的使用年限和寿命。

6 结语

3D打印建筑已经引起了众多创新企业的重视，其技术也在不断创新和发展。目前，一些简单的房屋拼装打印已经能够实现，但是如果要运用到复杂的建筑模型打印上，还需要进一步的创新发展，而今3D打印技术所生产的模型安全性和耐久性也还需要科学合理的认证。相信在不久的将来，3D打印技术能够给建筑行业带来一场全新革命，这也是未来3D技术发展的主流趋势之一，不断优化人类的生活环境是人类技术发展的重要目的，笔者认为3D技术的建筑领城的全应用，必然会对人类的生存环境带来质的改变，为人类生产生活提更优化的空间。

参考文献：

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[2]王忠宏，李扬帆，张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路[J].经济纵橫，2013（I）：90-93.

[3]杨建江，陈响.3D打印建筑技术及应用趋势[J].施工技术，2015，44（10）：84-88.

（作者单位：临沂市技师学院）