3D打印技術(shù)在建筑業(yè)應(yīng)用研究綜述

婁滬鑫

摘 要：3D技術(shù)起源于20世紀80年代末，近年在各行各業(yè)應(yīng)用廣泛。本文將通過文獻研究的方法對3D打印在建筑業(yè)的應(yīng)用特點作出總結(jié)，以期對3D打印技術(shù)的應(yīng)用研究作出理論依據(jù)和參考借鑒。

關(guān)鍵詞：3D打印；文獻綜述；建筑業(yè)

從20世紀80年代起，隨著計算機技術(shù)、新材料技術(shù)的快速發(fā)展，3D打印技術(shù)不斷進步，逐漸走向人們的視野。李曉梅（2014）認為自3D打印機發(fā)明30余年來，經(jīng)歷了迅猛發(fā)展已成為當今最有生命力的先進制造技術(shù)之一[1]。

本文采用文獻研究的方法，針對3D打印在建筑行業(yè)的應(yīng)用找出優(yōu)點及不足，為3D技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用提供發(fā)展方向和理論參考。

一、3D打印技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用

（一）3D打印技術(shù)概念

江洪（2013）認為3D打印技術(shù)是一種增加制造技術(shù)，采用分層制造，逐層疊加的方式形成三維實體的技術(shù)[2]。李小麗（2014）總結(jié)道，3D打印是包括CAD建模、測量、材料、數(shù)控等學(xué)科[3]。

（二）3D打印技術(shù)在建筑業(yè)應(yīng)用優(yōu)點

李福平（2013）認為3D打印建筑技術(shù)優(yōu)勢為速度快；不需要使用模板，可以大幅節(jié)約成本，并且具有低碳、綠色、環(huán)保的特點[4]。楊健江（2015）認為相較于傳統(tǒng)建筑模式，3D打印不僅節(jié)約資源，利用廢棄物進行制造[5]。丁烈云（2015）認為建筑3D打印數(shù)字建造技術(shù)滿足日益增長的非線性、自由曲面等復(fù)雜建筑形式的設(shè)計建造要求，是全新的設(shè)計建造方法論的革新[6]。

本文將建筑3D打印技術(shù)的優(yōu)點整理如下：

1.基于施工層面。根據(jù)圖紙以及相關(guān)數(shù)據(jù)，就可制造出建筑墻體、樓板等，大大節(jié)約了建筑時間；從設(shè)計文件里獲得各種指令并進行工作，要求操作業(yè)者掌握的操作技能水平要求很低，一方面大大降低了人力成本，另一方面將操作者對產(chǎn)品質(zhì)量帶來的影響因素降到了最低；避免了施工現(xiàn)場存在的安全隱患，保障作業(yè)人員的人身安全，減少事故和傷亡。

2.基于經(jīng)濟層面。所需要的材料多可以就地取材，極大節(jié)省建造的運輸成本；零部件生產(chǎn)一體化成型，既縮短了制造時間，節(jié)約了人力成本，又減少了采購及運輸成本；僅需更換設(shè)計文件和打印材料就可生產(chǎn)不同的零件。

3.基于材料層面。采用增材制造方法，材料利用率高；3D打印技術(shù)可打印出高成本曲線建筑；遵照計算機程序，比人工的更加準確，產(chǎn)品質(zhì)量有保證；打印過程中依據(jù)精確的幾何計算，采用堅固耐用的材料，質(zhì)量有保證；墻體是空心的相比鋼筋混凝土實心墻體，3D 打印建筑的墻體要輕許多。

4.基于環(huán)保層面。原材料可以來源于建筑垃圾、工業(yè)垃圾，達到了節(jié)能環(huán)保、資源再生和改善環(huán)境的目標；采用干法施工可避免施工粉塵和噪聲影響，生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的廢氣、液等有害物質(zhì)低，減少材料浪費和排污；打印過程幾乎不產(chǎn)生噪聲和大振動。

（三） 目前建筑3D打印技術(shù)存在的問題

3D打印技術(shù)雖發(fā)展迅速，但仍存在弊端。

1.精度問題。3D 打印技術(shù)由于工藝問題導(dǎo)致兩層材料之間不能光滑過度，且只能形成樣式簡單且單一的條紋。影響建筑外立面的美觀性。而在一定微觀尺度下，如果需要制造的對象表面是圓弧形，那么這種具有一定厚度的條紋，就會造成精度上的偏差。

2.行業(yè)規(guī)范問題。3D打印建筑在行業(yè)內(nèi)還沒有任何相關(guān)的規(guī)范條例。使用年限和房屋產(chǎn)權(quán)等一系列問題都沒有權(quán)威部門的認可。

3.材料性能問題。3D打印建筑多數(shù)為低矮建筑，相較于傳統(tǒng)方式，在強度、剛度和加工性上均有不足。且其打印是水平逐層打印，缺少縱向鋼筋。

4.設(shè)備問題。受限于工作原理，目前3D打印機打印速度較慢，且設(shè)備和原材料的價格居高不下在一定程度上阻礙了3D打印技術(shù)的發(fā)展。

5.倫理安全性問題。伴隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和進步，人體器官的3D打印技術(shù)面臨著倫理上引起大眾質(zhì)疑的困境。3D打印技術(shù)引發(fā)的安全風險也收到相應(yīng)的質(zhì)疑。

二、結(jié)論與展望

本文通過對3D打印技術(shù)的相關(guān)知識及其在建筑業(yè)應(yīng)用的優(yōu)缺點、發(fā)展前景的梳理和歸納，得到如下結(jié)論：

首先，缺少關(guān)于適應(yīng)多元材料的打印設(shè)備系統(tǒng)和工藝流程系統(tǒng)的研究，缺少交流和互相融合。

其次，國內(nèi)外學(xué)者研究建筑3D打印研究的初步成果較多，但是缺乏系統(tǒng)、完善的方法體系。

最后，3D打印技術(shù)近期發(fā)展迅猛，但3D打印的相關(guān)專業(yè)規(guī)定及法律條文并沒有得到良好的研究。為避免矛盾與事故的發(fā)生，解決由3D打印所造成的沖突，建立公平、公正、完善的相關(guān)規(guī)定必不可少。

參考文獻：

[1]劉曉梅.第三次工業(yè)革命背景下3D企業(yè)競爭力影響因素研究[D].東華大學(xué)，2014（11）

[2] 江洪，康學(xué)萍.3D 打印技術(shù)的發(fā)展分析.新材料產(chǎn)業(yè)，2013 （10）： 30-35.

[3]李小麗，馬劍雄. 3D打印技術(shù)及應(yīng)用趨勢[J]. 自動化儀表，2014，01：1-5

[4]李福平，鄧春林，萬晶.3D打印建筑技術(shù)與商品混凝土行業(yè)展望[J].混凝土世界，2013，03：28-29.

[5]楊建江，陳響. 3D打印建筑技術(shù)及應(yīng)用趨勢[J].施工技術(shù)，2015，10：84-88+121.

[6]丁烈云，徐捷，覃亞偉.建筑3D打印數(shù)字建造技術(shù)研究應(yīng)用綜述[J].土木工程與管理學(xué)報，2015，03：1-10.