3D打印技術(shù)在建筑業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

高磊 李宜森

摘要：如今建筑行業(yè)發(fā)展迅速，很多新技術(shù)也在建筑行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)了建筑行業(yè)發(fā)展。3D打印技術(shù)是現(xiàn)代科技研究的結(jié)晶，與傳統(tǒng)建設(shè)方式有明顯差異。在建筑業(yè)，嘗試應(yīng)用這一技術(shù)，也展示出較多優(yōu)勢(shì)?；诖?，本文研究這一技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);建筑領(lǐng)域;優(yōu)勢(shì);應(yīng)用

引言：

在科技力量的帶動(dòng)下，我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，隨著3D打印技術(shù)的強(qiáng)勢(shì)加入，建筑行業(yè)必將迎來(lái)另一個(gè)發(fā)展高峰。在全球資源告急、人類(lèi)生存環(huán)境下降的背景下，將3D打印技術(shù)進(jìn)行有效運(yùn)用，無(wú)疑可以進(jìn)一步降低建筑能耗，打造出更加環(huán)保的新型建筑。

1、3D打印技術(shù)概述

相信人們對(duì)于打印技術(shù)并不陌生，3D打印技術(shù)即是在二維打印的基礎(chǔ)上增加一個(gè)維度，這一過(guò)程運(yùn)用數(shù)字模型做為基礎(chǔ)，通過(guò)將具有粘合性的不同材料如塑料類(lèi)、金屬類(lèi)等加入打印機(jī)中，就可以對(duì)其進(jìn)行逐層打印，將這些材料形成一個(gè)整體。這種新型技術(shù)往往需要多學(xué)科支持，將包括信息、機(jī)電、數(shù)字建模等相關(guān)技術(shù)綜合運(yùn)用起來(lái)，才能實(shí)現(xiàn)有效應(yīng)用。自3D打印技術(shù)誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已在建筑、工業(yè)、醫(yī)療等多個(gè)行業(yè)進(jìn)行了試驗(yàn)性應(yīng)用，且均取得良好效果。目前來(lái)看，人們對(duì)于建筑外觀與功能已不再局限于以往的實(shí)用性，通過(guò)3D打印技術(shù)就可以將混凝土等材料進(jìn)行更新穎的組合設(shè)計(jì)，將以往傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)意圖轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸?shí)的建筑物。

2、3D打印技術(shù)在建筑業(yè)的優(yōu)勢(shì)

2.1 簡(jiǎn)化傳統(tǒng)施工技術(shù)

近些年來(lái)，人們對(duì)于建筑外觀具有更多想像，但受限于傳統(tǒng)建筑技術(shù)，這些想像難以轉(zhuǎn)化成實(shí)際建筑，而3D打印技術(shù)突破了這一限制，使建筑形象與外觀具有了更多可能。相比于傳統(tǒng)建筑技術(shù)，3D打印技術(shù)可以使建筑外觀更加立體，這一優(yōu)勢(shì)也得到眾多建筑設(shè)計(jì)師的青睞。即使建筑結(jié)構(gòu)與形狀更為復(fù)雜，在3D打印技術(shù)的參與下，也可將其一次打印成型，大大簡(jiǎn)化了施工流程，為建設(shè)特色建筑打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 符合現(xiàn)代環(huán)保主題

建筑業(yè)本身就是一個(gè)能耗大戶(hù)，且在建設(shè)過(guò)程中各種揚(yáng)塵、污水會(huì)給環(huán)境帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)。就傳統(tǒng)建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，每一棟大樓的興起，往往伴隨著大量建筑垃圾的誕生，國(guó)家每年處理這些建筑垃圾的費(fèi)用就是一個(gè)龐大數(shù)字。而運(yùn)用3D打印技術(shù)后，建筑材料甚至可以重復(fù)使用，還可以進(jìn)一步消耗原有建筑垃圾，這一功能是傳統(tǒng)建筑技術(shù)無(wú)論如何也無(wú)法比擬的，在使城市建筑污染程度大大降低的同時(shí)有效節(jié)省了建筑材料。另外，3D打印技術(shù)受施工場(chǎng)地限制更小，建筑所用構(gòu)件可以直接在工廠(chǎng)中生產(chǎn)出來(lái)，再運(yùn)送到施工地點(diǎn)進(jìn)行組裝，與以往運(yùn)送砂石等材料引起的揚(yáng)塵污染來(lái)說(shuō)，這一模式顯然更為環(huán)保。

2.3降低了建筑人工成本

3D技術(shù)是建立在電子、智能等產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上，其建設(shè)過(guò)程無(wú)需過(guò)多工人參與，但卻更為注重工人質(zhì)量，工人的知識(shí)結(jié)構(gòu)與業(yè)務(wù)水平對(duì)建筑質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。從這一方面來(lái)看，建筑企業(yè)免不了進(jìn)行一次較大的人力資源改革，裁掉一部分能力較低的建筑工人，這樣一來(lái)，建筑用人成本也必將隨之降低。

2.4提高建筑效率

運(yùn)用傳統(tǒng)建筑模式建造一棟大樓，需要諸如支模、綁筋、混凝土澆筑等一系列復(fù)雜流程進(jìn)行支持，同時(shí)需要制定施工計(jì)劃、調(diào)整人員配置、進(jìn)行施工安全檢查等程序進(jìn)行配合，這些環(huán)節(jié)降低了整體建筑效率卻缺一不可。3D打印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生后，可通過(guò)計(jì)算機(jī)將這些程序進(jìn)行統(tǒng)一整合、規(guī)劃，簡(jiǎn)化施工流程，再通過(guò)3D打印技術(shù)的一體成型功能來(lái)避免工程變更所引起的返工現(xiàn)象，使整體建筑工期大大縮減，有效提高了建設(shè)效率。同時(shí)，因運(yùn)輸成品比運(yùn)輸原材料更為方便，3D打印技術(shù)也使建筑運(yùn)輸成本進(jìn)一步降低。

3、3D打印技術(shù)尚存問(wèn)題

首先，3D打印技術(shù)在打印之前就應(yīng)設(shè)計(jì)出三維模型軟件，再根據(jù)該模型打印出建筑實(shí)物。而開(kāi)發(fā)出與打印硬件相兼容的軟件系統(tǒng)是現(xiàn)階段制約3D打印技術(shù)發(fā)展的一大難題。其次，3D打印機(jī)本身對(duì)建筑尺寸的限制非常大，尤其是在打印高層建筑物時(shí)，打印機(jī)爬升難以精確控制，使打印的建筑尺寸很可能偏離預(yù)期設(shè)計(jì)。再次，3D打印技術(shù)對(duì)于建筑材料的要求比傳統(tǒng)建筑模式更高，就混凝土一項(xiàng)來(lái)說(shuō)，就需要其具有更好的強(qiáng)度、延展性、保溫性、可塑性等，對(duì)于混凝土凝結(jié)硬化時(shí)間也提出了更高要求。

4、3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用

4.1建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用

3D打印技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)就是可以快速成型，這也是其核心技術(shù)，是對(duì)數(shù)控、機(jī)械、CAD技術(shù)與新材料科學(xué)等各種高新技術(shù)的綜合應(yīng)用。3D打印技術(shù)具有非常高的靈敏性、精確性與可塑性，可以將打印層厚度控制到0.01 mm，另外，對(duì)于建筑內(nèi)外部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，3D打印技術(shù)也可以輕松打印，這一功能對(duì)于建筑設(shè)計(jì)與市政布局模型具有重要意義，使以往幾乎不切實(shí)際的設(shè)計(jì)猜想可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際建筑。

4.2建筑市場(chǎng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用

4.2.1建設(shè)方案初始設(shè)計(jì)階段

對(duì)于人們來(lái)說(shuō)，在腦海中將2D圖像轉(zhuǎn)化為立體空間非常困難，往往付出極大精力也得不到準(zhǔn)確結(jié)果，從而導(dǎo)致在開(kāi)發(fā)大型建筑群時(shí)各方人員無(wú)法進(jìn)行有效交流。3D打印技術(shù)能夠使這一問(wèn)題迎刃而解，通過(guò)打印立體模型能夠直觀地呈現(xiàn)出建筑建成后的狀態(tài)，有助于人們觀察建筑建成后對(duì)該區(qū)域其他物體的影響，從而對(duì)建筑形態(tài)與功能進(jìn)行必要的更改。

4.2.2建設(shè)提交方案成果階段

建筑工程的目的是建成一所完整、外觀與功能都符合人們要求的建筑，建設(shè)過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)都是為這一目的而服務(wù)。若是能夠科學(xué)運(yùn)用3D打印技術(shù)，通過(guò)其建模功能，就可以完美展現(xiàn)該建筑建成后附近空間的微縮景觀，使有意向購(gòu)買(mǎi)的客戶(hù)更易于接受。同時(shí)，也可通過(guò)3D打印技術(shù)建模功能提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的失誤，從而及時(shí)變更。

4.2.3項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)和營(yíng)造階段

3D打印技術(shù)發(fā)展到如今，已不僅僅局限于建筑外觀設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)出了一系列更為精細(xì)的內(nèi)外部風(fēng)格處理功能，如內(nèi)外飾材料、空間內(nèi)部陳設(shè)與裝飾等，這些功能為3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用開(kāi)拓了更為廣闊的前景。

4.3在制造實(shí)體建筑方面的應(yīng)用

建造房屋可以說(shuō)是3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的基本應(yīng)用，一般來(lái)說(shuō)，需要在特定的工廠(chǎng)里將建筑模塊打印出來(lái)，再運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。實(shí)際建設(shè)過(guò)程與傳統(tǒng)建筑工藝也有一些相通之處，需要先鋪設(shè)地基，再根據(jù)圖紙打印出墻壁結(jié)構(gòu)，并對(duì)梁與柱的位置進(jìn)行鋼筋置入及混凝土澆筑。從外觀上看，3D打印技術(shù)制造的墻體有著橫向或縱向的雕飾樣紋路。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，3D打印技術(shù)顛覆了人們對(duì)于傳統(tǒng)建筑行業(yè)的認(rèn)知，使現(xiàn)代建筑更富有個(gè)性化特征，同時(shí)可以大大提高建設(shè)效率，并降低建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)污染，對(duì)于我國(guó)現(xiàn)階段而言具有重大意義。3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)發(fā)展前景十分廣闊，因此，有關(guān)人員應(yīng)對(duì)其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行更深入研究，以促進(jìn)環(huán)境與建筑之間和諧發(fā)展。

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