3D打印技术在建筑领域的应用(共3003字)

摘要：本文首先介绍了3D打印机的工作原理、应用领域及发展现状，然后阐述3D打印技术在建筑设计和施工领域中的优势，最后重点探讨3D打印技术应用于建筑领域存在的问题与对策，以期为相关学者的研究提供参考。

关键词：3D打印技术；复合材料；建筑领域

英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一书中，将3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，引起了人们对3D打印技术的关注。目前，3D打印技术被广泛应用于工业设计、机械制造、珠宝、医疗及建筑等行业。本文主要分析3D打印技术在建筑领域的应用。

13D打印的原理技术

3D打印技术即所谓的激光增材制造技术。打印机内装有金属、陶瓷、塑料和砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物［1］。刚开始时，3D打印技术常在模具制造、工业设计、医疗等领域被用于制造模型，之后尝试用于一些产品的直接制造，这意味着这项技术不断推广普及。3D打印机和普通打印机最大的区别是打印材料。现有的3D打印技术能实现600像素的分辨率，每层厚度只有100μm，想完美地展现头发丝还是很困难的，但做小零件、模型绰绰有余。打印技术的发展与打印材料息息相关，材料越细，做出来的东西精度就越高，使用领域就越广。

2国内外3D打印技术的发展现状

2.1国外3D打印技术的发展现状

3D打印技术出现在20世纪90年代中期。1995年，3D打印机由美国ZCorp公司开始开发，这是获得麻省理工学院唯一授权后开展工作的。2005年，ZCorp公司研制成功了市场上第一个高清晰彩色3D打印机――Spec⁃trumZ510。2010年11月，Urbee成为世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车［2］。2011年8月，第一架3D打印的飞机由南安普敦大学的工程师们开发成功。2012年11月，苏格兰科学家首次利用人体细胞，采用3D打印技术打印出人造肝脏组织，向世界展示了3D打印的非凡成就。

2.2国内3D打印技术在建筑领域的发展现状

我国3D打印技术虽然处于初级阶段，但3D打印设计服务市场快速增长，已有几家企业利用3D打印制造技术生产设备和提供服务，所以我国3D打印技术也已处于世界领先水平。上海盈创建筑科技有限公司于2014年8月，仅花费24h打印出10栋多层建筑，用于上海张江高新青浦园区内当地动迁工程的办公用房，现已交付使用。2015年1月，在苏州工业园区使用3D打印技术建造数栋建筑。这批建筑包括一栋面积约1100m2的别墅、一栋5层试验楼和一栋简易展厅。2015年12月，继续在苏州大阳山植物园推出3D打印厕所。大阳山植物园中的3D打印厕所属于全球首个应用3D打印技术的景区旅游3A级最高标准厕所，整个厕所通过使用3D打印技术，将复杂的传统建筑工序变成以3D模型文件为基础的现代科学技术，这不仅有效提升了建筑效率，缩短了建筑工期，节省了建设成本，而且通过使用建筑垃圾和矿山尾矿等材料，实现对人体零伤害，对环境零污染及对资源零浪费，在一定程度上提高了材料的循环利用率［3］。2015年8月23日，中共中央政治局常委、国务院总理李克强主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等问题，并制定了《国家增材制造产业发展推进计划（2015―2016年）》。由此可以看出政府对3D打印技术的重视。

33D打印技术应用于建筑领域的优势

在方案设计阶段，使用3D打印模型辅助设计，能制作出任何复杂的空间曲面，相较于传统模型，节省了大量人力、物力和时间成本，并且这种模型制作快速、环保、成本低，模型精美。同时，相对于3D效果图为刻意营造唯美效果而造成的夸张性，3D打印模型却真实和直观得多。在与甲方进行方案论述和沟通时，一个模型的展示往往可以省略很多文字和图纸。此外，其还能解放建筑师的思想。当建筑师的一些奇思妙想的设计方案用传统建造方式无法完成时，3D打印可以将其设计方案付诸实现。无论多么复杂的结构设计，只要能将图纸设计出来，利用3D打印技术便可一次成型，解决了传统建造方式无法突破的难题。在建筑施工领域，3D打印技术的应用还处于研究阶段，主要是利用3D打印技术建造出建筑或建筑构件，简单地说，就是用机器人建造房屋。因其具有数字化、网络化、个性化和定制化的特点，3D打印技术能降低成本，减少施工作业的危险性，解决劳动力短缺等问题，并改善建筑工人艰苦的劳动环境。

43D打印技术应用于建筑领域存在的问题与对策

4.1打印材料

目前采用的打印材料主要是以混凝土为基材，存在抗拉强度低、抗裂性能差、韧性差、构件易脆性破坏等问题。因此，研制具有良好抗拉性能的复合材料是建筑3D打印当前发展的关键［4］。建议将粉末金属与混凝土根据受力情况按比例融合，按照构件受力性能添加不同材料，受压区以混凝土为主，受拉区以金属粉末为主，研制开发延展性能良好的复合材料。

4.2打印方式

目前，建筑3D打印采用的打印方式还局限于传统的打印方式。“轮廓工艺”和盈创采用的打印方式类似于FDM技术（熔积成型技术），该打印方式存在打印速度较慢的问题。虽然与传统建造技术相比不需要模板，但同样需要支撑，并且不能批量生产。笔者建议3D打印技术与装配式建筑相结合。现场安装时，3D打印连接节点，解决装配式建筑整体性和抗震性差的问题。

5结语

3D打印新技术在建筑领域的应用带来了巨大变革。因此，要加强3D打印新技术在建筑行业中的应用，以解决传统打印技术无法解决的问题。

参考文献：

［1］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］.经济纵横，2013（1）：90-93.

［2］新华网.上海10幢3D打印建筑交付使用建造仅用24个小时［EB/OL］.（2014-08-21）［2018-03-01］.

［3］白洁，葛杰，苗冬梅，等.3D打印在多层建筑中的应用［J］.施工技术，2015（17）：84-86.

［4］王丽萍，徐蓉，苗冬梅，等.苏州某试验楼项目3D打印实体建筑施工技术研究［J］.施工技术，2015（10）：89-91.

作者：孙雅琼 王小平 单位：苏州高博软件技术职业学院 三江学院